JP2016179501A - 高エネルギー源とホットワイヤを用いた付加製造のための方法とシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 高エネルギー源とホットワイヤを用いた付加製造のための方法とシステムを提供する。
【解決手段】 高強度エネルギー源を利用して溶融池を形成するための高強度エネルギー源と、融点またはその付近まで加熱され、溶融池内に溶滴として堆積される少なくとも１本の抵抗加熱されるワイヤを利用する加工物の製造方法とシステム。
【選択図】なし

Description

優先権
本願は、２０１４年１月２４日に出願された米国特許出願第１４／１６３，３６７号明細書の一部継続出願で、その優先権を主張するものであり、同出願の全文を参照によって本願に援用する。

特定の実施形態は付加製造応用に関する。より詳しくは、特定の実施形態は、付加製造応用のためのコンビネーションフィラワイヤ送給およびエネルギー源システムを使用するシステムと方法に関する。

付加製造の利用は近年、各種の方法を用いて成長している。しかしながら、既知の方法には様々な欠点がある。例えば、ある工程では金属粉末が使用されるが、これは一般に低速であり、かなりの量の粉末が無駄になる可能性がある。それ以外のアーク溶接を利用する方法もまた低速で、高精密な成形品を製造できない。したがって、高精密で高速動作が可能な付加製造工程とシステムが必要である。

従来の、伝統的な、提案されている方式のその他の限界と欠点は、このような方式を、図面に関して本願の残りの部分に記載されている本発明の実施形態と比較することにより、当業者にとって明らかとなるであろう。

米国特許出願第１３／２１２，０２５号明細書

本発明の実施形態は、高エネルギー装置が加工物の表面に高エネルギー放電を照射して加工物の表面に溶融池を形成する付加製造のためのシステムと方法を含む。ワイヤ送給装置がワイヤを溶融池に送給し、電源が加熱信号をワイヤに供給するのであるが、この加熱信号は複数の電流パルスを含み、電流パルスの各々はワイヤの先端に溶滴を形成し、それが溶融池内に堆積させられる。電流パルスの各々は、ワイヤ送給装置がワイヤの先端を前記溶融池と接触させた後にピーク電流レベルに到達し、加熱信号は複数の電流パルス間で電流を持たない。ワイヤフィーダはワイヤの動きを、ワイヤの先端が電流パルスの連続するピーク電流レベル間では溶融池と接触しないように制御し、電源は加熱電流を、電流パルス中にワイヤと加工物との間でアークが発生しないように制御する。

本発明の上記および／またはその他の態様は、以下のような添付の図面に関して本発明の例示的な実施形態を詳細に説明することにより、より明らかとなるであろう。

図１は本発明の付加製造システムのある例示的実施形態の概略ブロック図を示す。 図２Ａ−Ｄは、本発明のある実施形態による溶滴堆積工程を示す。 図３は、本発明のある例示的実施形態による溶滴堆積工程の別の図を示す。 図４Ａ−Ｂは、本発明の実施形態に使用可能な代表的な電流波形を示す。 図５は、本発明の電圧と電流波形の代表的な実施形態を示す。 図６Ａ−Ｂは、溶滴堆積を助けるためのレーザの利用を示す。 図７は、本発明のある態様によるワイヤ加熱システムのある例示的実施形態を示す。 図８Ａは、図７のシステムに使用可能な電流波形のある例示的実施形態を示す。 図８Ｂは、本発明のある実施形態のための電流、電圧、ワイヤ送給速度およびレーザ出力の波形のある例示的実施形態を示す。 図９は、本発明のワイヤ加熱システムの他の例示的実施形態を示す。 図１０は、複数のワイヤを使用する本発明の別の例示的実施形態を示す。 図１１は、本発明のシステムの他の例示的実施形態を示す。 図１２は、本発明のある実施形態による電源供給システムを示す。 図１３は、一度に複数の溶着材料を使用するシステムのある実施形態を示す。 図１４は、図１３のシステムの他の実施形態を示す。 図１５は、図１３に示されているシステムの別の例示的実施形態を示す。 図１６は、非接着製造基板のある例示的実施形態を示す。 図１７Ａ−Ｃは、非接着製造基板の別の例示的実施形態を示す。 図１８Ａは、冷却システムを有する非接着基板のある実施形態を示す。 図１８Ｂは、本発明の実施形態の実施形態に使用可能な製造トラス構造のある例示的実施形態を示す。 図１９Ａ−Ｃは、本明細書中に記載のシステムに使用可能な編組型付加製造用溶着材料の例示的実施形態を示す。 図２０Ａは、本発明の実施形態による、変形後のある例示的編組型溶着材料を示す。図２０Ｂは、本発明の実施形態による、変形後のある例示的編組型溶着材料を示す。図２０Ｃは、本明細書中に記載のデュアルワイヤ堆積コンタクトチップのある実施形態を示す。図２０Ｄは、本発明のデュアルワイヤコンタクトチップの別の例示的実施形態を示す。 図２１Ａ−Ｂは、堆積工程中に供給するために溶着材料を変形させるのに使用可能な本発明のある例示的コンタクトチップアセンブリを示す。 図２２は、本発明の他の例示的溶着材料を示す。 図２３は、本明細書中に記載の付加製造用溶着材料の別の例示的実施形態を示す。 図２４Ａ−Ｄは、本発明の実施形態に使用可能な付加製造用溶着材料のまた別の例示的実施形態を示す。

ここで、添付の図面を参照することにより、本発明の例示的実施形態を以下に説明する。説明されている例示的実施形態は、本発明の理解を助けるためのものであり、本発明の範囲を如何様にも限定しないものとする。全体を通じて、同様の参照番号は同様の要素を示す。

「付加製造」という用語は、本明細書では広い意味で使用されており、物体または構成要素の構築、構成、または創出を含むあらゆる用途を指す可能性がある。

図１は、付加製造を実行するためのコンビネーションフィラワイヤフィーダおよびエネルギー源システム１００のある例示的実施形態の機能的概略ブロック図を示している。システム１００は、レーザビーム１１０を加工物１１５に合焦させて、加工物１１５を加熱することのできるレーザサブシステムを含む。レーザサブシステムは、高強度エネルギー源である。レーザサブシステムは、いかなる種類の高エネルギーレーザ源であってもよく、これには二酸化炭素、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ−ディスク、ＹＢ−ファイバ、ファイバ伝送またはダイレクトダイオードレーザシステムが含まれ、これらに限定されない。システムの他の実施形態は、高強度エネルギー源として機能する電子ビーム、プラズマアーク溶接サブシステム、ガスタングステンアーク溶接サブシステム、ガス金属アーク溶接サブシステム、フラックス入りワイヤアーク溶接サブシステム、およびサブマージアーク溶接サブシステムのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。以下の明細では、レーザシステム、ビームおよび電源について繰り返し言及されているが、いかなる高強度エネルギー源でも使用できるため、この言及は例にすぎないと理解するべきである。例えば、高強度エネルギー源は、少なくとも５００Ｗ／ｃｍ^２を供給できる。レーザサブシステムは、相互に動作的に接続されたレーザ装置１２０とレーザ電源１３０を含む。レーザ電源１３０は、レーザ装置１２０を動作させるための電源を供給する。

システム１００はまた、ホットフィラワイヤフィーダも含み、これは少なくとも１つの抵抗フィラワイヤ１４０を供給して、レーザビーム１１０の近傍にある加工物１１５と接触させることができる。もちろん、当然のことながら、本明細書において、加工物１１５に言及する場合は溶融池も加工物１１５の一部であると考えられ、それゆえ、加工物１１５との接触への言及は溶融池との接触を含む。ワイヤフィーダサブシステムは、フィラワイヤフィーダ１５０、コンタクトチューブ１６０、および電源１７０を含む。動作中、フィラワイヤ１４０はコンタクトチューブ１６０と加工物１１５との間に動作的に接続されている電源１７０からの電流によって抵抗加熱される。本発明のある実施形態によれば、電源１７０はパルス直流（ＤＣ）電源であるが、交流（ＡＣ）またはその他の種類の電源もまた利用可能である。ワイヤ１４０は、フィラワイヤフィーダ１５０からコンタクトチューブ１６０を通じて加工物１１５に向かって送給され、チューブ１６０より先まで延びる。ワイヤ１４０の延長部分は、延長部分が加工物上の溶融池と接触する前に融点に近付くか、到達するように抵抗加熱される。レーザビーム１１０は、加工物１１５のベースメタルの一部を溶融させて溶融池を形成する役割を果たし、またワイヤ１４０を加工物１１５上に溶融させるためにも使用できる。電源１７０は、フィラワイヤ１４０を抵抗溶融させるために必要なエネルギーを供給する。後で詳しく説明するように、いくつかの実施形態において、電源１７０は必要なエネルギーのすべてを供給するが、他の実施形態では、レーザまたはその他の高エネルギー熱源がエネルギーの一部を供給することもできる。本発明の他の特定の実施形態によれば、フィーダサブシステムは、１本または複数のワイヤを同時に供給できてもよい。これについては後でより詳しく説明する。

システム１００は、運動制御サブシステムをさらに含み、これはレーザビーム１１０（エネルギー源）と抵抗フィラワイヤ１４０を加工物１１５に沿って同じ方向１２５（少なくとも相対的な意味で）に移動させて、レーザビーム１１０と抵抗フィラワイヤ１４０が相互に関して固定された関係のままであるようにすることができる。各種の実施形態によれば、加工物１１５とレーザ／ワイヤの組合せとの間の相対運動は、加工物１１５を実際に移動させることによって、またはレーザ装置１２０とワイヤフィーダサブシステムを移動させることによって実現されてもよい。図１において、運動制御サブシステムは、ロボット１９０に動作的に接続された運動コントローラ１８０を含む。運動コントローラ１８０は、ロボット１９０の運動を制御する。ロボット１９０は加工物１１５に動作的に接続され（例えば、機械的に固定され）、加工物１１５を方向１２５に動かして、レーザビーム１１０とワイヤ１４０が加工物１１５に沿って有効に移動するようにする。本発明の代替的実施形態によれば、レーザ装置１２０とコンタクトチューブ１６０が単独のヘッドに統合されてもよい。ヘッドは、ヘッドに動作的に接続された運動制御サブシステムを介して加工物１１５に沿って移動されてもよい。

一般に、高強度エネルギー源／ワイヤを加工物に関して移動できるいくつかの方法がある。例えば、加工物が丸い場合、高強度エネルギー源／ワイヤは静止していてもよく、加工物を高強度エネルギー源／ワイヤの下で回転させてもよい。あるいは、ロボットアームまたはリニアトラクタを丸い加工物に平行に移動させてもよく、加工物を回転させながら、高強度エネルギー源／ワイヤを連続的に移動させるか、１回転で１ステップずつ移動させて、例えば丸い加工物の表面に肉盛りしてもよい。加工物が平坦であるか、または少なくとも丸くない場合、加工物を図１に示されるように高強度エネルギー源／ワイヤの下で移動させてもよい。しかしながら、ロボットアームまたはリニアトラクタも、あるいはビーム取付キャリッジであっても、高エネルギー源／ワイヤを加工物に関して移動させるために使用してよい。

システム１００は感知および電流制御サブシステム１９５をさらに含み、これは加工物１１５とコンタクトチューブ１６０に動作的に接続され（すなわち、電源１７０の出力に有効に接続され）、加工物１１５とワイヤ１４０を通る電流（Ｉ）間の電位差（すなわち、電圧Ｖ）を測定できる。感知および電流制御サブシステム１９５はさらに、測定された電圧と電流から抵抗値（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）および／または電力値（Ｐ＝Ｖ^＊Ｉ）を計算できる。一般に、ワイヤ１４０が加工物１１５と接触しているとき、ワイヤ１４０と加工物１１５との間の電位差はゼロボルトであるか、ゼロボルトに極めて近い。その結果、感知および電流制御サブシステム１９５は、より詳しくは本明細書において後で説明するように、抵抗フィラワイヤ１４０が加工物１１５と接触していることを感知でき、電源１７０に動作的に接続されていて、感知に応答して抵抗フィラワイヤ１４０を通じた電流の流れを制御することもさらにできる。本発明の他の実施形態によれば、感知および電流コントローラ１９５は電源１７０の一体部分であってもよい。

本発明のある実施形態によれば、運動コントローラ１８０はさらに、レーザ電源１３０および／または感知および電流コントローラ１９５に動作的に接続されていてもよい。このようにして、運動コントローラ１８０とレーザ電源１３０は相互に通信して、それによってレーザ電源１３０は加工物１１５が移動していることがわかり、運動コントローラ１８０はレーザ装置１２０が作動中であるか否かがわかる。同様に、このようにして、運動コントローラ１８０と感知および電流コントローラ１９５は相互に通信していてもよく、それによって感知および電流コントローラ１９５は加工物１１５が移動していることがわかり、運動コントローラ１８０はフィラワイヤフィーダサブシステムが作動中であるか否かがわかる。このような通信は、システム１００の各種のサブシステム間で動作を調整するために使用されてもよい。

一般に知られているように、付加製造は、材料を加工物の上に堆積させ、所望の製造品を創出する工程である。いくつかの用途において、成形品は非常に複雑でありうる。しかしながら、付加製造に使用される既知の方法とシステムは、低速で、その性能が限定的であるという傾向がある。本発明の実施形態は、高速かつ高精度の付加製造方法およびシステムを提供することにより、これらの領域に対処する。

図１に示されているシステム１００は、ワイヤ１４０を繰り返し溶滴状に溶融して加工物の上に堆積させることによって所望の形状を作るような例示的システムである。この工程は図２Ａ〜２Ｄに例示的に示されている。これらの図面に示されているように。図２Ａに示されているように、加工物の表面にレーザビーム１１０（またはその他の熱源）が照射され、その間、ワイヤ１４０は加工物と接触していない。ビーム１１０は、加工物の表面上に溶融池Ａを形成する。ほとんどの用途において、溶融池Ａは小さい面積を有し、溶け込み程度は、他の動作、例えば溶接または接合等に必要なほどではない。むしろ、溶融池Ａは、加工物の表面を、ワイヤ１４０からの溶滴を受け、それと十分に結合できるような状態にする。それゆえ、ビーム１１０のビーム密度は、加工物上に小さい溶融池だけが形成されて、加工物への入熱量が多すぎる、または大きすぎる溶融池が形成されることがないような密度である。溶融池が形成されると、ワイヤが溶融池Ａへと進められる間に溶滴Ｄがワイヤ１４０の先端に形成されて、溶融池Ａと接触する（図２Ｂ参照）。接触後、溶滴Ｄは溶融池Ａと工作物上に堆積する（図２Ｃ参照）。この工程が繰り返されて、所望の加工物が形成される。図２Ｄには任意選択のステップが示されており、ここではビーム１１０が堆積した溶滴Ｄに、それがワイヤ１４０から分離された後に向けられる。このような実施形態において、ビーム１１０は加工物の表面を平滑にし、および／または溶滴Ｄを加工物と十分に一体化できるようにするために使用できる。さらに、ビームは、加工物をさらに成形するために使用できる。

図３は、ワイヤ１４０からの溶滴Ｄの例示的な堆積工程を示している。図３の左端の画像は、加工物と接触するワイヤ１４０を描いたものである。この接触が電源１７０によって検出され、するとこれが、ワイヤ１４０に加熱電流を供給して、ワイヤをワイヤ１４０の融点まで、またはその付近まで加熱する。加工物とワイヤ１４０との間の接触を検出するために使用される検出回路は、溶接電源の中で使用される既知の検出回路と同様に構成され、同様に動作でき、したがって、回路の動作と構造の詳細な説明はここでは不要である。電源１７０からの加熱電流は非常に急速に立ち上げられて、ワイヤ１４０の端から溶滴Ｄを溶融するために必要なエネルギーを供給する。しかしながら、電流は、ワイヤ１４０と加工物との間にアークが発生しないように慎重に制御される。アークの発生は、加工物を破壊することが判明する可能性があり、それゆえ望ましくない。それゆえ、電流はアークの形成を防止するような方法で制御されることになる（さらに後述する）。

図３に戻ると、ワイヤ１４０が加工物と接触し、電源１７０が溶融電流を供給する（１）。いくつかの例示的実施形態において、開放電圧ＯＣＶを接触前にワイヤ１４０に印加することができる。接触後、電流を急速に立ち上げ、ワイヤ１４０の端を溶融させて堆積させるべき溶滴Ｄを形成する（２）。電流により、ワイヤ１４０は溶滴Ｄのすぐ上でくびれ、溶滴Ｄをワイヤ１４０から分離できるようになる（３）。しかしながら、電流は、ワイヤ１４０がくびれつつある時に電流が切断されるか、または大幅に低減させられ、ワイヤ１４０が溶滴Ｄから分離した時にワイヤ１４０と加工物との間にアークか発生しないように制御される（４）。いくつかの例示的実施形態において、ワイヤ１４０は、溶滴Ｄとワイヤ１４０との間の接続を切る間、またはその直前に加工物から後退させることができる。溶滴Ｄは溶融池と接触しているため、溶融池の表面張力が溶滴をワイヤ１４０から切り離すのを助ける。溶滴がワイヤ１４０から分離されたら、ワイヤ１４０が繰り出されて工程が繰り返され、また別の溶滴が堆積する。ワイヤ１４０は、同じ位置で繰り出すことができ、および／または次の溶滴を何れの所望の位置に堆積させることもできる。

前述のように、レーザビーム１１０はまた、溶滴Ｄが加工物上に堆積し、堆積後に加工物を平滑化し、またはそれ以外に成形するためにも利用できる。さらに、ビーム１１０は堆積工程中にさらに利用できる。すなわち、いくつかの例示的実施形態において、ビーム１１０を使ってワイヤ１４０をさらに加熱し、溶滴の形成および／または溶滴Ｄのワイヤ１４０からの分離を助けることができる。これについてはさらに後述する。

次に、図４Ａおよび４Ｂを参照すると、各々が本発明の例示的実施形態に利用可能な例示的電流波形を示している。図４Ａにおいて、わかるように、波形４００は複数のパルス４０１を持ち、各パルスはワイヤ１４０からの溶滴Ｄの移動を表す。電流パルス４０１は、ワイヤ１４０が接触した時から始まる。電流は次に、立ち上がり部分４０２を使ってピーク電流レベル４０３まで増大され、これはワイヤ１４０と溶滴Ｄとの間の分離の直前に発生する。この実施形態において、立ち上がり部分４０２で電流は継続的に増大して、溶滴が形成され、分離前にワイヤでくびれが生じる。溶滴Ｄの分離前に、電流は立ち下がり部分４０４で急速に低減され、分離時にアークが発生しないようにされる。図４Ａの波形４００の中で、電流は切断されて、ゼロまで下がる。しかしながら、本発明の他の例示的実施形態においては、電流をより低い分離レベルまで下げ、分離が起こるまで完全に切断することを不要とすることができる。このような実施形態において、より低い分離電流レベルがワイヤ１４０を加熱し続けるため、溶滴Ｄの切り離しを助ける。

図４Ｂは、他の例示的実施形態による電流波形４１０を示す。しかしながら、この実施形態では、パルス４１１には立ち上がり部分４０２があり、これは図のように、複数の異なるランプレート部分を利用する。図の実施形態において、立ち上がり部分４０２は、溶滴Ｄの分離前に３つの異なるランプレート４０２Ａ、４０２Ｂ、および４０２Ｃを利用している。第一のランプレート４０２Ａは非常に急峻で急速な電流増加であり、ワイヤ１４０を素早く加熱し、できるだけ早く溶融工程を開始させる。電流が第一のレベル４０５に到達した後、電流ランプレートは第一のランプレートより低い第二のランプレート４０２Ｂに変更される。いくつかの例示的実施形態において、第一の電流レベルはパルスのピーク電流レベル４１３の３５〜６０％の範囲内にある。ランプレート４０２Ｂは、初期ランプレート４０２Ａより低く、電流制御を助け、アーク、またはマイクロアークの形成を防止する。図の実施形態において、第二のランプレートは溶滴Ｄがワイヤ１４０の先端において形成され始めるまで維持される。図の実施形態において、溶滴Ｄが形成され始めると、電流ランプレートは、第二のランプレート４０２Ｂより低い第三のランプレート４０２Ｃへと再び変更される。ここでも、ランプレートの低下は、電流をさらに制御して、アークが意図せず生成されるのを防止できるようにする。電流が急速に増大しすぎると、分離が検出された時に電流を急速に低下させて、アークの生成を防止することが困難となりうる（システムのインダクタンス等、各種の問題による）。いくつかの例示的実施形態において、第二および第三のランプレート間の移行点４０７は、パルス４１１のピーク電流レベル４１３の５０〜８０％の範囲内にある。図４Ａのパルスと同様に、電流は、溶滴の分離が検出されると大幅に減少させられ、これについては後でより詳しく説明する。また、本発明の他の実施形態では異なるランプレートプロファイルを利用することができ、これも本発明の範囲と主旨から逸脱しない点にも留意するべきである。例えば、パルスには２つの異なるランプレート部分があってもよく、または３つ以上あってもよい。さらに、パルスは常に変化する立ち上がりを利用することができる。例えば、電流は、ピーク電流レベルまで逆放物線を描いてもよく、または異なる構成の組合せを利用でき、この場合、ワイヤ接触から第一の電流レベル４０５までは一定のランプレートを使用し、その後、その地点からは逆放物曲線を使用できる。

本明細書で説明されているように、パルス４０１／４１１のピーク電流レベルはアーク発生レベルより低いが、各パルス中に溶滴Ｄを溶融させるのに十分であるものとする。本発明の例示的実施形態は、ピーク電流レベルのための異なる制御方法を利用できる。いくつかの例示的実施形態において、ピーク電流レベルはピーク電流閾値とすることができ、これは付加製造作業前に入力される各種のユーザ入力パラメータにより決定される。このようなパラメータとしては、ワイヤ材料の種類、ワイヤ径、ワイヤの種類（コア入りか中実か）、および１インチ当たりの溶滴数（ＤＰＩ（ｄｒｏｐｌｅｔｓ−ｐｅｒ−ｉｎｃｈ））が含まれる。もちろん、その他のパラメータも利用できる。この入力情報を受けたところで、電源１７０および／またはコントローラ１９５は、ルックアップテーブル等の各種の制御方法を利用して、その作業のためのピーク電流値を決定できる。あるいは、電源１７０は、電源１７０からの出力電流、電圧、および／または電力をモニタして、分離が起こったことを判断し、それに応じて電流を制御することができる。例えば、ｄｖ／ｄｔ、ｄｉ／ｄｔ、および／またはｄｐ−ｄｔをモニタでき（予測回路またはその他を使用）、分離が起こったと判断されると、電流が切断されるか、または低減される。これについては、後でより詳しく説明する。

以下は、本発明の例示的実施形態の使用と動作に関する説明である。付加製造工程の開始時に、電源１７０は、電源１７０を介したワイヤ１４０と加工物１１５との間に感知電圧を印加できる。感知電圧は電源１７０により、感知および電流コントローラ１９５の命令の下で印加されてもよい。いくつかの実施形態において、印加された感知電圧はワイヤ１４０を大きく加熱するほどのエネルギーを供給しない。感知電圧が印加されると、ワイヤ１４０の先端が加工物１１５に向かって繰り出される。すると、レーザ１２０はビーム１１０を放出して、加工物１１５の表面を加熱し、ワイヤ１４０を受ける溶融池を形成する。繰り出しは、ワイヤフィーダ１５０により行われ、加工物との接触は、ワイヤ１４０の先端が最初に加工物１１５と接触した時に検出される。例えば、コントローラ１９５は、電源１７０に対し、非常に低レベルの電流（例えば３〜５アンペア）をワイヤ１４０の中に供給するように命令してもよい。感知は、感知および電流コントローラ１９５がワイヤ１４０（例えば、コンタクトチューブ１６０を介する）と加工物１１５との間の約ゼロボルト（例えば０．４Ｖ）の電位差を測定することによって行われてもよい。フィラワイヤ１４０の先端が加工物１１５と短絡されると（すなわち、加工物と接触すると）、フィラワイヤ１４０と加工物１１５との間に大きな電圧レベル（ゼロボルトより高い）は存在しないかもしれない。

接触後、感知に応答して、電源１７０を所定の時間間隔（例えば数ミリ秒）にわたり切断できる。すると、所定の時間間隔の終了時に電源１７０を再びオンにして、加熱電流の流れがワイヤ１４０へと印加されるようにする。また、接触が感知された後、ビーム１１０をオフにして、溶融池または加工物１１５がさらに加熱されすぎないようにすることができる。いくつかの実施形態において、レーザビーム１１０をオンのままにして、溶滴Ｄの加熱と分離を助けることができる。これについては後でより詳しく説明する。

本発明のいくつかの例示的実施形態において、工程は、感知に応答してワイヤの繰り出しを止めるステップと、所定の時間間隔の終了時にワイヤ１４０の繰り出しを再開するステップ（すなわち、再繰り出しするステップ）と、加熱電流の流れを印加する前、または加熱電流が印加され、溶滴Ｄが形成された後に、フィラワイヤ１４０の先端が加工物１１５と依然として接触していることを確認するステップと、を含むことができる。感知および電流コントローラ１９５は、ワイヤフィーダ１５０に送給を停止するように命令し、システム１００に待機する（例えば数ミリ秒）ように命令してもよい。このような実施形態において、感知および電流コントローラ１９５は、ワイヤフィーダ１５０に動作的に接続されて、ワイヤフィーダ１５０に開始と停止を命令する。感知および電流コントローラ１９５は、電源１７０に対し、上述のようにワイヤ１４０を加熱するための加熱電流パルスを印加するように命令してもよく、この工程を繰り返して複数の溶滴を加工物の上に堆積させることができる。

動作中、高強度エネルギー源（例えばレーザ装置１２０）とワイヤ１４０を加工物１１５に沿って移動させて、所望の液滴を提供することができる。運動コントローラ１８０はロボット１９０に対し、加工物１１５をレーザビーム１１０とワイヤ１４０に関して移動させるように命令する。レーザ電源１３０は、レーザ装置１２０を動作させてレーザビーム１１０を形成するための電力を供給する。別の実施形態において、レーザ装置１２０は、加工物の衝撃面上のレーザビーム１１０の形状を変化させるように調整できる光学部品を含む。実施形態は、ビームの形状を利用して、堆積工程の形状を制御することができ、すなわち、長方形、長円形、または楕円形のビームを使用することによって、比較的狭い堆積を行うことができ、それゆえ、より薄い壁の構造ができる。さらに、ビームの形状を利用して、溶滴が溶着材料から分離された後の堆積物を成形することができる。

前述のように、パルス電流は、ワイヤ１４０と溶滴Ｄとがまもなく切り離されると判断された時に切断されるか、または大幅に減少される。これは、様々な方法で実現できる。例えば、このような感知は、感知および電流コントローラ１９５内の予測回路が、ワイヤ１４０と加工物１１５間の電位差（ｄｖ／ｄｔ）、それらを通る電流（ｄｉ／ｄｔ）、それらの間の抵抗（ｄｒ／ｄｔ）、またはそれらを通る電力（ｄｐ／ｄｔ）のうちの１つの変化率を測定することによって実現されてもよい。変化率が所定の数値を超えると、感知および電流コントローラ１９５は接触喪失が起こりそうであることを正式に予測する。このような予測回路はアーク溶接の業界でよく知られており、それらの構造と機能の詳しい説明はここでは不要である。

ワイヤ１４０の先端が加熱によって十分に溶融すると、先端がワイヤ１４０から加工物１１５へとくびれ切れ始める。例えば、その時点で、ワイヤの先端の断面積が、そのくびれ切れる際に急速に減少するため、電位差または電圧が増大する。したがって、このような変化率を測定することにより、システム１００は先端がまもなくくびれ切れ、加工物１１５との接触が失われることを予想できる。

前述のように、溶滴の分離が感知されると、電流は電源１７０によって切断されるか、大幅に減少させられることができる。例えば、いくつかの例示的実施形態において、電流はパルスのピーク電流値の９５〜８５％の範囲となるように低減される。例示的実施形態において、この電流減少は、ワイヤと溶融池との間の分離前に起こる。

例えば、図５は、本願の付加製造工程に関連して、１対の電圧および電流波形、それぞれ５１０および５２０を示している。電圧波形５１０は、コンタクトチューブ１６０と加工物１１５との間の感知および電流コントローラ１９５によって測定される。電流波形５２０は、感知および電流コントローラ１９５によって、ワイヤ１４０と加工物１１５の中で測定される。

ワイヤ１４０の先端が加工物１１５との接触を喪失しそうになるたびに、電圧波形５１０の変化率（すなわち、ｄｖ／ｄｔ）が所定の閾値を越え、くびれ切れがまもなく発生することを示す（波形５１０の点５１１における傾斜を参照）。あるいは、ワイヤ１４０と加工物１１５を通る電流の変化率（ｄｉ／ｄｔ）、それらの間の抵抗の変化率（ｄｒ／ｄｔ）、またはそれらを通る電力の変化率（ｄｐ／ｄｔ）をその代わりに使ってくびれ切れがまもなく発生することを示してもよい。このような変化率による予測方法は当業界でよく知られている。その時点で、感知および電流コントローラ１９５は電源１７０に、ワイヤ１４０を通る電流の流れを切断するように（または少なくとも大幅に低下させるように）命令する。

感知および電流コントローラ１９５が、ある時間間隔５３０の後にフィラワイヤ１４０の先端が加工物１１５と再び十分に接触したことを感知すると（例えば、電圧レベルが点５１２で再び約ゼロボルトまで下がる）、感知および電流コントローラ１９５は電源１７０に対し、抵抗フィラワイヤ１４０を通る電流の流れを所定の出力電流レベル５５０へと立ち上がらせるように命令する。時間間隔５３０は所定の時間間隔とすることができる。本発明のある実施形態において、立ち上がりは定点値５４０から始まる。エネルギー源１２０とワイヤ１４０が加工物１１５に関して移動している間に、またワイヤ１４０がワイヤフィーダ１５０により加工物１１５に向かって繰り出される際にこの工程が繰り返されて、複数の溶滴が所望の位置に堆積する。このようにして、ワイヤ１４０の先端と加工物１１５との間のアークの形成が防止される。加熱電流の立ち上がりは、電圧変化率を、くびれ切れの状態またはアーク状態が存在しない時に、予期せずそれらの状態として解釈するのを防止するのに役立つ。大きな電流変化は、加熱回路内のインダクタンスによって、誤った電圧読取が行われる原因となるかもしれない。電流が徐々に立ち上がると、インダクタンスの影響が低減する。

前述のように、電源１７０は加熱電流をフィラワイヤ１４０に供給する。電流はコンタクトチップ１６０からワイヤ１４０に、次に加工物へと通過する。この抵抗加熱電流により、チップ１６０と加工物との間のワイヤ１４０が使用されているフィラワイヤ１４０の融点の、またはその付近の温度に到達する。もちろん、フィラワイヤ１４０の融点に到達するために必要な熱は、ワイヤ１４０のサイズと性質によって異なる。したがって、製造中にワイヤの所望の温度に到達するための熱は、ワイヤ１４０によって異なる。後でさらに説明するように、フィラワイヤの所望の動作温度は、システムへのデータ入力として、所望のワイヤ温度が製造中に保持されるようにすることができる。何れにせよ、ワイヤの温度は、ワイヤ１４０が溶滴を溶融池に堆積させることができるような温度にするべきである。

本発明の例示的実施形態において、電源１７０は電流を供給し、それによってワイヤ１４０の先端の少なくとも一部がその融点の約９０％の、またはそれより高い温度になる。例えば、融点が約２，０００°Ｆのフィラワイヤ１４０を使用する時、ワイヤの、それが接触する時の温度は約１，８００°Ｆとすることができる。もちろん、当然のことながら、それぞれの融点と所望の動作温度は、少なくともフィラワイヤ１４０の合金、組成、直径、および送給速度によって異なる。別の例示的実施形態において、ワイヤの一部はワイヤの温度に保持され、これはその融点の９５％またはそれより高い。もちろん、いくつかの実施形態において、ワイヤの先端は加熱電流によってその融点の少なくとも９９％まで加熱される。それゆえ、加熱された溶滴がレーザにより形成された溶融池と接触すると、溶融池からの熱がワイヤ１４０をさらに加熱して、ワイヤ１４０の端に溶融滴を十分に形成し、ワイヤ１４０が引き戻された時に溶滴が溶融池に付着し、そこに留まるようにする。フィラワイヤ１４０をその融点に近い温度またはその融点に保持することによって、ワイヤ１４０は熱源／レーザ１２０により形成される溶融池へと容易に溶け込むか、取り込まれる。すなわち、ワイヤ１４０は、ワイヤ１４０が溶融池と接触した時に溶融池を著しく急冷することにならない温度である。ワイヤ１４０は高温であるため、ワイヤは溶融池と接触すると素早く溶融する。他の例示的実施形態において、ワイヤはその融点の７５％まで、またはそれより高い温度まで加熱できる。しかしながら、７５％に近い温度まで加熱した時、溶滴を移動に十分な溶融状態とするためにさらに加熱することが必要となる可能性があり、これについては後でさらに説明する。

前述のように、いくつかの例示的実施形態において、ワイヤ１４０の完全な溶融は、ワイヤ１４０を溶融池に進入させることによってのみ容易にすることができる。しかしながら、他の例示的実施形態では、ワイヤ１４０は加熱電流と、溶融池と、ワイヤ１４０の一部に衝突するレーザビーム１１０との組合せによって完全に溶融できる。すなわち、ワイヤ１４０の加熱／溶融にはレーザビーム１１０が援用されて、ビーム１１０がワイヤ１４０の加熱に貢献する。しかしながら、多くのフィラワイヤ１４０が反射可能な材料で作られるため、反射レーザタイプが使用される場合、ワイヤ１４０をある温度まで加熱して、その表面反射を減少させ、ビーム１１０がワイヤ１４０の加熱／溶融に貢献できるようにするべきである。この構成の例示的実施形態において、ワイヤ１４０とビーム１１０は、ワイヤ１４０が溶融池に入る点で交差する。これは、図６Ａおよび６Ｂに示されている。

図６Ａに示されているように、いくつかの例示的実施形態において、ビーム１１０は、溶滴Ｄを加工物１１５に堆積させるのを助けるために使用できる。すなわち、ビーム１１０は、ワイヤ１４０の先端をさらに加熱し、溶融滴を生成するために使用できる。このような実施形態において、電源からの加熱電流をアーク発生レベルより十分に低いレベルに保持することができ、それゆえ、アークは生成されず、適正な溶滴移動を実現できることが確実になる。このような実施形態では、ビームを、それが溶滴Ｄのみに衝突するように方向付けることができ、または他の実施形態では、ビーム１１０を、それが少なくとも溶滴の一部および溶融池の少なくとも一部に衝突することによって溶融池をさらに加熱し続け、溶滴Ｄを受けるように、十分に大きくし、そのような形状にし、またはそのような方法でラスタ式に照射する。例示的実施形態において、工程中のこの段階のビーム１１０のエネルギー密度は一般に、加工物１１５上に溶融池を形成するために使用される時のビームのエネルギー密度より低い。

図６Ｂは、本発明の他の例示的実施形態を示しており、その中ではビーム１１０がワイヤ１４０の、溶滴のすぐ上に衝突し、それがワイヤから分離するのを助ける。このような実施形態において、ワイヤ１４０が溶滴の上でくびれたことが感知または判断されると、ビーム１１０はワイヤの、溶滴Ｄとワイヤ１４０との間の接続部へと向けられて、ビーム１１０がこれら２つの分離を助ける。このような実施形態は、アークの生成の防止を助け、それは、分離を制御するために加熱電流を使用する必要がないからである。いくつかの例示的実施形態において、ビーム１１０は、溶融池を最初に生成するために使用されたものと同じレーザ１２０から発せられてもよい。しかしながら、他の実施形態において、図６Ｂのビームはまた、第二の別のレーザから発せられてもよく、これもまたコントローラ１９５により制御される。それゆえ、このような実施形態において、コントローラおよび／または電源が溶滴の形成または溶滴Ｄがまもなく分離されることを検出すると、電源１７０の出力電流を低下させることができ、その間にレーザビームがワイヤ１４０へと向けられて、所望の通りに分離させる。

ここで図７を参照すると、加熱システム７００とコンタクトチップアセンブリ７０７のある例示的実施形態が示されている。一般に、本発明の実施形態は、コンタクトチップ１６０と、ホットワイヤまたはある溶接システムに関してよく知られている抵抗加熱システムを利用することができ、これも本発明の主旨または範囲から逸脱しないことに留意する。しかしながら、他の例示的実施形態では、図７に示されているシステム７００を使用できる。このシステム７００において、コンタクトチップアセンブリは２つの導電部分７０１および７０３からなり、これらは何れの誘電材料でも作製できる絶縁部分７０５によって相互から電気的に絶縁されている。もちろん、他の実施形態において、チップ部分７０１および７０３が相互に電気的に絶縁されるかぎり、絶縁部分はなくてもよい。システム７００はまた、切換え回路７１０も含み、これは電源１７０への／からの電流経路をコンタクトチップ部分７０１と加工物１１５との間で切り換える。いくつかの実施形態において、製造工程中、ワイヤ１４０が加工物１１５と接触していない間にワイヤ１４０をある閾値温度に保持することが望ましいかもしれない。ワイヤ１４０が加工物１１５と接触していないと（例えば、位置変更中）、ワイヤ１４０には電流が流れず、そのため抵抗加熱が停止する。もちろん、残留熱が依然として存在するが、素早く低下しうる。この実施形態により、ワイヤ１４０は、それが加工物１１５と接触していなくても引き続き加熱される。図のように、電源からの１本のリードがコンタクトチップアセンブリ７０７の上側部分７０３に連結される。動作中、ワイヤ１４０が加工物と接触している時、スイッチ７１０は、電流経路が上側部分７０３からワイヤ１４０と加工物を通り、電源１７０に戻るように位置付けられる（スイッチ７１０の中の破線）。しかしながら、溶滴Ｄがワイヤ１４０から分離して加工物１１５と接触が切り離されると、スイッチ７１０は、電流がコンタクトチップ部分７０３からコンタクトチップ部分７０１に至り、電源１７０へと戻るように切り替えられる。これによって、少なくとも一部の加熱電流がワイヤを通り、引き続きワイヤをあるバックグラウンド加熱レベルに抵抗加熱できる。このような構成により、ワイヤをその所望の堆積レベルまでより素早く加熱できる。これは特に、ワイヤが冷える可能性のある、毎回の溶滴堆積間の期間が長い場合に当てはまる。それゆえ、例示的実施形態において、スイッチ７１０が、加工部品を通るように電流を向ける第一の位置（第一の電流経路）にあるとき、電源１７０は電流パルス（複数の場合もある）を（概して本明細書中で説明するように）供給し、その後、スイッチが、コンタクトチップの両方の部分７０１／７０３を通り、毎回の溶滴移動間でワイヤを加熱された状態に保つように電流を向ける第二の位置（第二の電流経路）にあるとき、電源１７０はバックグラウンドまたは加熱電流（これは、例えば一定の電流とすることができる）を供給する。いくつかの実施形態において、スイッチは、各溶滴移動パルス間で切り換えることができ、他の実施形態では、スイッチは、複数の溶滴移動パルスの後で切り換えることができる。例示的実施形態において、バックグラウンド／加熱電流レベルは、ワイヤを所望の、溶融しない温度に保持するレベルになるように選択される。温度が高すぎると、ワイヤを溶融池の中へと押し進めるのが難しくなる可能性がある。いつかの例示的実施形態において、バッググラウンド／加熱電流は溶滴移動パルス中に到達するピーク電流レベルの１０〜７０％の範囲内にある。

図７において、スイッチ７１０は、電源１７０の外に示されていることに留意する。しかしながら、この図は明瞭にするためにすぎず、スイッチは電源１７０の中にあってもよい。あるいは、スイッチはまた、コンタクトチップアセンブリ７０７の中にあってもよい。絶縁部分７０５は、いかなる種類の絶縁型材料で作製することも、または単純に構成要素７０１および７０３間の絶縁ギャップとすることもできる。スイッチは、所望の構成に応じて、コントローラ１９５によって制御することも（図のとおり）、または電源１７０によって直接制御することもできる。

他の例示的実施形態において、ワイヤ予熱装置をアセンブリ７０７の上流に位置付けることができ、これはワイヤ１４０を、それがチップ７０７に入る前に予熱する。例えば、予熱装置は誘導加熱装置とすることができ、これは、ワイヤ１４０を加熱するためにワイヤ１４０を流れる電流を必要としない。もちろん、抵抗加熱システムもまた使用できる。この予熱装置は上述のように、ワイヤをある温度に保持するために使用できる。さらに、予熱はまた、ワイヤ１４０から、それが堆積される前に不要な水分のすべてを除去するためにも使用できる（これはＴｉを使用する時に特に重要である）。このような予熱システムは一般に知られており、詳しい説明は不要である。予熱装置はワイヤ１４０を、ワイヤがチップアセンブリ７０７に入る前に所定の温度に加熱するように設定でき、それゆえ、電源１７０からの電流を使って堆積工程を完了させるのに十分な電流を供給できる。留意するべき点として、予熱装置はワイヤ１４０をワイヤ１４０に損傷を与えるレベルまで加熱して、ワイヤ１４０を適正にチップ７０７の中で押し進めることができるようにするべきである。すなわち、ワイヤ１４０が熱すぎると、これは過剰に柔軟になる可能性があり、それによって押し進められている時にワイヤ１４０の応答性を低下させうる。

図８Ａは、図７のシステム７００に使用可能な例示的な製造電流波形８００を示している。図８Ａにおいて、２つの成分、すなわちパルス部分８０１とバックグラウンド部分８０３を含む基本の電流波形８００が示されている。パルス部分は、本明細書で説明されているように溶滴を堆積させるために使用される電流パルスからなる。これらのパルス中に、電流はチップ部分７０３から加工物１１５を通るように向けられる。しかしながら、バックグラウンド部分では、電流はチップ部分７０３から部分７０１に向けられて、ワイヤ１４０を、それが加工物１１５と接触していない時に加熱する。もちろん、留意するべき点として、図７に示されているような、コンタクトチップ部分７０１／７０３が正および負の電源端子に接続されるのは例であり、接続は所望のシステムセットアップと性能に基づいて逆転させることができる。前述のように、パルス８０１間のバックグラウンド電流レベル８０３は、毎回の溶滴堆積間にワイヤを持続温度に保持するために使用される。本発明のいくつかの例示的実施形態において、バックグラウンド電流はワイヤ１４０を、ワイヤ１４０の融点の４０〜９０％の範囲内の温度に保持する。他の例示的実施形態において、電流８０３はワイヤ１４０を、ワイヤ１４０の融点の５０〜８０％の範囲内の温度に保持する。

さらに、各パルス８０１間で常にバックグラウンド電流に切り換えることが望ましくない、または不要であるかもしれないことに留意する。これは特に、高速溶滴堆積時に当てはまる。すなわち、高速溶滴堆積中に、ワイヤ１４０は溶滴間で高温レベルに保持される。それゆえ、いくつかの例示的実施形態において、バッグラウンド加熱電流の切り換え（前述のとおり）は、ある期間が経過してから、または液滴パルス間の期間が時間の閾値を超えた時にのみ行われる。例えば、いくつかの実施形態において、パルス間の時間が１ｓを超えることになる場合、システム７００は前述のように、切り換えおよびバックグラウンド加熱電流を使用する。すなわち、採用される製造方法が所定の閾値周波数より高いパルス周波数を有する場合、上記の切り換えが使用される。本発明の例示的実施形態において、この閾値はパルス間で０．５〜２．５ｓの範囲にある。他の実施形態において、システム７００はタイマ（コントローラ１９５および／または電源１７０の内部にある）を利用でき、これはパルス間の時間をモニタし、時間が閾値の量を超えた場合、上述の切り換えおよびバックグラウンド加熱電流が利用される。例えば、システム７００が、パルス間のレイテンシが閾値の時間限度（例えば１ｓ）を超えたと判断すると、バッググラウンド加熱電流が利用されて、ワイヤが所定の温度に保持される。このような実施形態は、設定された閾値時間が経過した、すなわち、実時間でシステム７００が、時間限度が経過したと判断する実施形態において利用されても、またはシステム７００が、次のパルスは時間限度が経過する前には発生しないと予測した時に使用されてもよい。例えば、システム７００（例えば、コントローラ１９５）が、（例えば、加工物１１５および／またはワイヤ１４０の移動によって）次のパルスは時間限度が経過する前には発生しないとは判断した場合、システム７００は直ちに上述の切り換えおよびバックグラウンド加熱電流を開始できる。本発明の例示的実施形態において、この持続時間閾値は０．５〜２．５秒の範囲内にある。

図８Ｂは、本発明の例示的実施形態に使用して、本明細書において説明されているように溶滴を堆積させることのできる例示的波形を示している。例示的波形は、本発明の実施形態による１つの溶滴の移動に関するものである。図の波形は、レーザ出力８１０、ワイヤ送給速度８２０、付加ワイヤ加熱電流８３０、および電圧８４０に関するものである。理解するべき点として、図の波形は例示のためのものであり、本発明の他の実施形態は、図示され、または本明細書中で説明されているものとは異なる特性を有するその他の波形を使用することもできる。図のように、溶滴移動サイクルは８１１で始まり、ここで、レーザ出力が加工物に向けられ、ピークレーザ出力レベル８１３まで上昇させられる（８１２）。持続時間Ｔｐの後、レーザは点８１４で加工物上に溶融池を形成する。この時点でワイヤフィーダは付加ワイヤを溶融池に向かって駆動し始める。溶融池が８１４で形成された後に、ワイヤ送給速度はピークワイヤ送給速度８２２まで上昇する（８２１）。本発明の例示的実施形態において、ワイヤ送給速度は、ワイヤの先端が溶融池と接触する（８２１’）のと略同時にそのピークレベル８２２に到達する。しかしながら、他の例示的実施形態において、ワイヤ送給速度はワイヤが接触する前にそのピークレベル８２２に到達できる。図のように、ワイヤ送給工程の開始と同時に、開放電圧がワイヤに印加され（８４１）、それは、ワイヤが溶融池と接触する前のある時点でピーク電圧レベル８４２に到達する。また、ワイヤが溶融池と接触すると、加熱電流８３０が（点８３１で）流れ始め、電圧８４０が低下し始める（８４３）。電圧は、それより高いとアークが生成されたと判断されるアーク検出電圧８４８より低いレベル８４４まで下がる。

ワイヤが溶融池と接触した後に、レーザ出力８１０、ワイヤ送給速度８２０および電流８３０はある期間Ｔａにわたり、それぞれのピークレベルに保持され、その間に、ワイヤの溶滴が溶融池内に堆積する。加熱電源によって制御される所定の期間とすることができる堆積期間Ｔａが（８１５で）経過すると（例えば、タイマ回路を使用）、レーザ出力は、ワイヤ供給速度の立下り（８２３）と共に立ち下がる（８１６）。加熱電流８３０は、期間Ｔａの経過後のある期間にわたり（上の点８３４）そのピークレベル８３３に保持され、その間にレーザ出力とワイヤ送給速度は低下する。これは、溶滴をワイヤから分離するのに役立つ。溶滴付加期間Ｔａの後、ワイヤ引き戻し期間Ｔｒが始まる。電流８３０がその立下り８３５（点８３４で始まる）を開始すると、ワイヤ送給速度は（点８２７で）ゼロまで下がり、ワイヤフィーダはピーク後退速度８２５でワイヤを引き戻す（８２４）ように制御される。また、引き戻し期間中、電流８３０はバーンバック電流レベル８３６まで下がり、これはワイヤのバーンバックを、それが溶融池から引き出される際に提供するために使用される。ワイヤ引き戻し期間Ｔｒ中、電流８３０は、溶融池からワイヤが分離されることによって（これが電流を低下させ、電圧を上昇させる）電圧が点８４５においてアーク検出電圧レベル８４８に到達するか、これを通過するまでバーンバック電流レベル８３６に保持される。電圧レベル８４８に到達すると、アーク抑制ルーチン８４７が始まり、アークの生成が防止される。この期間中、電圧はピークレベル８４６に上昇する。

アーク検出電圧レベル８４８は、電源および／またはシステムコントローラが、後退するワイヤと加工物との間にアークが確実に発生しないようにするために使用する所定のレベルである。アーク検出電圧レベル８４８は電源および／またはシステムコントローラによって各種の使用者入力に基づいて設定され、これにはワイヤの種類、ワイヤ径、加工物の材料の種類、１インチあたりの溶滴数の入力、１分あたりの溶滴数の入力が含まれるが、これらに限定されない。

（８４５で）アーク検出電圧レベル８４８に到達すると、電流８３０は電源によって切断され（８３７）、ワイヤの引き戻しが停止し（８２６）、点８１７で溶滴移動サイクルが終了し、その時、電流８３０とワイヤ送給速度８２０はそれぞれ０となる。図の実施形態において、レーザ出力８１０もまた、点８１７におけるサイクル終了時に切断されるように示されている。他の例示的実施形態において、レーザ出力８１０は、（点８４５で）アーク電圧閾値８４８に到達した時に切断される。その後、このサイクルは複数回の溶滴堆積のために繰り返される。

いくつかの例示的実施形態において、（図示しない）レーザ出力パルスを毎回の溶滴移動サイクル間に開始して（図８Ｂに示す）、毎回の溶滴移動間に加工物を滑らかにする、またはそれ以外に加工物にエネルギーを追加するのを助けることができる。例えば、レーザ出力パルスを各溶滴移動サイクル間に開始することができ、または他の実施形態において、レーザ出力パルスを必要に応じてｎ回の溶滴移動サイクルの後に開始することができる。

図９は、本発明の他の例示的システム９００を示している。システム９００はバックグラウンド電源１７０’とパルス電源１７０を含む。このシステムは上述のものとよく似た方法で動作するが、例外は、バックグラウンド加熱電流が別の電源１７０’によって供給されることである。それゆえ、いくつかの実施形態において、バックグラウンド電源１７０’は製造中に一定の加熱電流を供給でき、上述の切り換えを提供する必要がない。パルス電源１７０は、本明細書中の他の箇所で説明したように動作するが、例外は、電源１７０’によって追加の加熱／電流が供給されるため、ピーク出力電流を下げることができることである。このような実施形態において、パルス電源１７０を用いた場合の制御または精密度レベルを向上させることができる。すなわち、パルス電源１７０は、電源１７０への電流需要がより少なくなるため、そのピークパルスレベルにより高速に到達できる。もちろん、電流の低下についても同じことが当てはまる。電源１７０／１７０’の各々はコントローラ１９５によって制御されても、または一般に知られているマスタ／スレーブ関係に構成されてもよい。さらに、これらの電源は明瞭にするために別々に示されているが、これらを単独のユニットの中に格納することもでき、これも本発明の主旨または範囲から逸脱しない。

また、図９には他のコンタクトチップアセンブリ９００も示されており、これは導電部分９０１および９０５と絶縁部分９０３を有する。この実施形態において、導電部分９０５は、加熱電流がワイヤ１４０の露出先端にできるだけ近い箇所に伝送されるように構成される。このような構成は、ワイヤの加熱が先端にできるだけ近い箇所で保持され、バックグラウンド加熱の効果が最適化されるのを確実にするのに役立つ。別の実施形態において、コンタクトチップ９１０からのワイヤ１４０の先端の突出部Ｘは最小距離に保たれる。突出部Ｘが長すぎる状態に保持されると、バックグラウンド加熱電流からの加熱効果は不利な影響を与える可能性がある。それゆえ、いくつかの例示的実施形態において、突出部Ｘは０．１〜０．５インチの範囲内に保持される。他の例示的実施形態において、突出部は０．２〜０．４インチの範囲内に保持される。さらに、他の例示的実施形態において、バックグラウンド加熱からさらに利益を得るために、溶滴パルス間でワイヤ１４０がコンタクトチップ９１０の中に完全に、または略完全に引き戻され、突出部Ｘが０〜０．１５インチの範囲内となるようにする。このような実施形態は、ワイヤ１４０の先端を所望のバックグラウンド加熱温度に保持し、ワイヤ１４０の、先端に近くないその他の部分を過熱しないようにすることができる。他の例示的実施形態において、突出距離は、特により大径の溶着材料を使用する場合、より長くすることができる。例えば、いくつかの例示的実施形態において、突出距離は０．７５〜２インチの範囲内とすることができる。もちろん、いくつかの他の実施形態においては、より長い突出部を利用できる。

ここで図１０を参照すると、他の例示的システム１０００が描かれており、その中で、コンタクトチップアセンブリ１０１０は複数のワイヤ１４０／１４０’を加工物１１５に供給できる。ある付加製造作業では、製造の異なる部分ごとに異なるワイヤを利用することが望ましいかもしれない。システム１０００は、その製造にとって何が望ましいかに応じて、異なるワイヤ間で切り換えることができる。図示しないが、各ワイヤ１４０／１４０’は、それぞれのワイヤ送給装置に連結されて、製造中に必要に応じてそれぞれのワイヤ１４０／１４０’を繰り出し、または引き戻すことができる。それゆえ、製造中、コントローラ１９５はコンタクトチップアセンブリ１０１０を、適切なワイヤが製造に使用されるように位置付けることができる。例えば、第一の特性を有する第一の溶着材料１４０で基礎を構築し、次に、その基礎に、異なる特性を有するワイヤ１４０’で作られた層を追加して、所望の製造結果を実現することが望ましいかもしれない。例えば、ワイヤ１４０／１４０’は、所望の製造パラメータに基づいて、異なるサイズ、形状、および／または組成を有することができる。コンタクトチップアセンブリは２本のワイヤ１４０／１４０’のみで示されているが、本発明の実施形態は、１つのコンタクトチップアセンブリ、または様々な種類の溶着材料を提供するための別々のコンタクトチップを利用することができる点にも留意するべきである。本発明の実施形態は、この点において限定されない。

さらに、図１０のコンタクトチップアセンブリ１０１０は、ワイヤ１４０／１４０’が相互に絶縁されていないように示されている。このような実施形態において、適当なワイヤが堆積のために加工物１１５に向かって繰り出され、そのため、電源１７０からの電流がそのワイヤの中へと向けられ、堆積させられる。ワイヤが変更されるとき、他方のワイヤが、もう一方が引き戻されている間に繰り出されて、今度は電流経路が他方のワイヤを通る。他の例示的実施形態において、コンタクトチップアセンブリ１０１０は、ワイヤ１４０／１４０’が相互から電気気に絶縁されるように構成できる。このような実施形態において、図７に関して述べたような切り換えを利用できる。いくかの例示的実施形態において、レーザビーム（図１０では示さず）が、ワイヤ１４０および１４０’間で、これら２本のワイヤ間をスキャニングすることによって溶融池中のエネルギー分布に影響を与えるか、それ以外に変更することができる。

コンタクトチップアセンブリ１０１０の、加工物１１５に関する位置決めと移動は、様々な手段によっても行うことができる。具体的には、何れの既知のロボットまたは運動制御システムも使用でき、これも本発明の主旨または範囲から逸脱しない。すなわち、適当なワイヤ１４０／１４０’は、ロボットシステムを含めた何れの既知の手段または方法を使って位置決めでき、コントローラ１９５によって制御できる。例えば、コンタクトチップアセンブリ１０１０は、３本またはそれ以上の異なるワイヤを含むことができ、適当なツーリングを利用できるように回転され、位置決めされる既知の計算機数値制御（ＣＮＣ）機械加工ヘッドと同様に構成し、利用できる。このようなシステムと制御ロジックを本発明の実施形態で使用することによって、所望のワイヤの所望の位置決めを提供できる。

本発明の実施形態で使用されるワイヤ（すなわち溶着材料）は、特定の製造作業のために必要なサイズと性質を有することになる。一般に、ワイヤは円形の断面を有するが、他の実施形態ではこのように限定されない。他の例示的実施形態は、製造方法と製造工程に基づいて、非円形の断面を有するワイヤを利用できる。例えば、ワイヤは多角形、楕円形、または長円形を有し、所望の製造基準を実現することができる。円形の断面のワイヤは、０．０１０〜０．０４５インチの範囲の直径を有することができる。もちろん、希望に応じて、より大きい範囲（例えば、最大５ｍｍ）を使用できるが、直径が大きくなるにつれて溶滴制御が難しくなる。本明細書中で説明されているレーザと加熱制御方式の使用により、本発明の実施形態は非常に精密な製造を提供できる。これは、より小径のワイヤ、例えば０．０１０〜０．０２０インチの範囲のものを利用する実施形態に特に当てはまる。このような小径を使用することにより、大きいＤＰＩ（ｄｒｏｐｌｅｔｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）比を実現でき、それゆえ、高精度の詳細な製造を提供する。ワイヤの性質は、製造される構成部品に望まれる特性を提供するように選択されることになる。さらに、利用されるワイヤは、中実または金属コア型の何れであってもよい。コア入りワイヤは、複合材料の構造物を作るために使用できる。例えば、アルミニウム外被と酸化アルミニウムコアを有するコア入りワイヤを使用できる。

さらに、本明細書中で説明されている工程ではアークが使用されないため、本発明のほとんどの用途において、いかなる種類のシールドガスも不要である。しかしながら、ある用途では、酸化防止のため、またはその他の目的のためにシールドガスを使用することが望ましいかもしれない。

図１１は、本発明のまた別の例示的実施形態を示している。図１１は、図１に示されるものと同様の実施形態を示している。しかしながら、特定の構成要素と接続は、明瞭にするために描かれていない。図１１は、システム１１００を示しており、その中ではワイヤ１４０の温度をモニタするために、熱センサ１１１０が利用されている。熱センサ１１１０はワイヤ１４０の温度を検出できるいかなる既知の種類のものとすることもできる。センサ１１１０は、ワイヤの温度を検出するように、ワイヤ１４０と接触しても、またはチップ１６０に連結されてもよい。本発明の他の例示的実施形態において、センサ１１１０は、ワイヤ１４０と接触せずに、小さい物体、例えばフィラワイヤの直径の温度を検出できるレーザまたは赤外線ビームを使用するタイプである。このような実施形態において、センサ１１１０は、ワイヤ１４０の温度をワイヤ１４０の突出部、すなわちチップ１６０の先端と溶融池との間のある地点で検出できるように位置付けられる。センサ１１１０はまた、ワイヤ１４０のためのセンサ１１１０が溶融池の温度を検出しないように位置付けられるべきである。

センサ１１１０は、検出および制御ユニット１９５（図１に関して説明）に連結され、それによって温度フィードバック情報を電源１７０および／またはレーザ電源１３０に供給し、システム１１００の制御を最適化できるようにすることが可能となる。例えば、電源１７０の電力または電流出力は、少なくともセンサ１１１０からのフィードバックに基づいて調整可能である。すなわち、本発明のある実施形態において、使用者が（ある製造作業および／またはワイヤ１４０のための）所望の温度設定を入力できるか、または感知および制御ユニット１９５は、他の使用者入力データ（電極の種類その他）に基づいて所望の温度を設定でき、その後、感知および制御ユニット１９５が少なくとも電源１７０を制御してその所望の温度を保持するようにすることができる。

このような実施形態において、レーザビーム１１０がワイヤ１４０に、ワイヤが溶融池に入る前に衝突することによって起こりうるワイヤ１４０の加熱を説明することが可能である。本発明の実施形態において、ワイヤ１４０の温度は、ワイヤ１４０内の電流を制御することによって、電源１７０を介してのみ制御できる。しかしながら、前述のように、他の実施形態において、ワイヤ１４０の加熱の少なくとも一部は、ワイヤ１４０の少なくとも一部に衝突するレーザビーム１１０から得られる。そのため、電源１７０からの電流または電力だけではワイヤ１４０の温度を表せないかもしれない。それゆえ、センサ１１１０の利用は、電源１７０および／またはレーザ電源１３０の制御を通じてワイヤ１４０の温度の制御を助けることができる。

他の実施形態において（これも図１１に示す）、温度センサ１１２０は、溶融池の温度を感知するように向けられる。この実施形態において、溶融池の温度はまた、感知および制御ユニット１９５にも連結される。しかしながら、他の例示的実施形態において、センサ１１２０はレーザ電源１３０に直接連結できる。センサ１１２０からのフィードバックは、レーザ電源１３０／レーザ１２０からの出力を制御するために使用される。すなわち、レーザビーム１１０のエネルギー密度を調整して、確実に所望の溶融池温度を実現できる。

本発明のさらにまた別の例示的実施形態において、センサ１１２０を溶融池に向けるのではなく、これを加工物１１５の、溶融池に隣接する領域に向けることができる。具体的には、加工物１１５の、堆積位置の付近への入熱が確実に最小限となるようにすることが望ましいかもしれない。センサ１１２０は、この温度敏感領域をモニタするように位置付けて、堆積位置の付近で閾値温度を超えないようにすることができる。例えば、センサ１１２０は、加工物の温度をモニタして、ビーム１１０のエネルギー密度を検出された温度に基づいて下げることができる。このような構成により、堆積位置付近の入熱が確実に所望の閾値を超えなくなるであろう。このような実施形態は、加工物への入熱が重要な精密製造作業において利用できる。

本発明の他の例示的実施形態において、感知および制御ユニット１９５は、ワイヤ送給機構（図示せず−ただし、図１の１５０参照）に連結される送給力検出ユニット（図示せず）に連結できる。送給力検出ユニットは既知であり、ワイヤ１４０に、それが加工物１１５へと送給されている時に加えられる送給力を検出する。例えば、このような検出ユニットは、ワイヤフィーダ１５０の中のワイヤ送給モータにより加えられるトルク、およびそれゆえ、ワイヤ１４０の先端と加工物１１５との間の接触に関するパラメータをモニタできる。これは、電流および／または電圧のモニタに連結されて、溶融池との接触後にワイヤの送給を停止して、溶滴Ｄの分離を可能にするために使用できる。もちろん、前述のように、コントローラ１９５は、ワイヤ１４０と溶融池との間の接触を検出するためだけに電圧および／または電流感知を使用でき、この情報だけで、接触時に所望によりワイヤの送給を停止できる。

別の例示的実施形態において、センサ１１２０は、加工物上の溶融池の大きさを検出するために使用できる。このような実施形態において、センサ１１２０は、加熱センサまたは視覚センサの何れかで、溶融池の縁をモニタし、溶融池の大きさおよび／または位置をモニタするために使用できる。コントローラ１９５はすると、検出された溶融池に関する情報を使って、上述のようにシステムの動作を制御する。

以下に、本発明の各種の実施形態に使用可能な加熱パルス電流の制御に関してさらに説明する。前述のように、ワイヤ１４０の先端が溶融池／加工物１１５と接触すると、これら２つの間の電圧は０ボルトまたはその付近となりうる。しかしながら、本発明の他の例示的実施形態において、アークを形成せずに０ボルトより高い電圧レベルにできるようなレベルの電流を提供することが可能である。より高い電流の数値を利用することにより、ワイヤ１４０を電極の融点付近により近い高い温度に、より速く到達させることが可能である。これによって、製造工程をより高速に進めることができる。本発明の例示的実施形態において、電源１７０は電圧をモニタし、電圧が０ボルトより高い何何れかの点の電圧値に到達または接近すると、電源１７０はワイヤ１４０への電流の流れを止めて、アークが形成されないようにする。電圧閾値レベルは一般に、少なくとも一部に、使用されているワイヤ１４０の種類によって異なる。例えば、本発明のいくつかの例示的実施形態において、閾値電圧レベルは６ボルトまたはそれ未満である。他の例示的実施形態において、閾値レベルは９ボルトまたはそれ未満である。別の例示的実施形態において、閾値レベルは１４ボルトまたはそれ未満であり、別の例示的実施形態において、閾値レベルは１６ボルトまたはそれ未満である。例えば、軟鋼ワイヤを使用する場合、電圧の閾値レベルはより低いタイプのものであり、ステンレス鋼製造用であるワイヤは、アークが形成される前により高い電圧を扱うことができる。それゆえ、このようなシステムは、電圧をモニタし、電圧を電圧設定点と比較することによって加熱電流を制御でき、それによって電圧が電圧設定点を超えると、またはそれを超えることが予測されると、電流が切断されるか、または減少される。

別の例示的実施形態において、上述のように、電圧レベルを閾値未満に保持するのではなく、電圧は動作範囲に保持される。このような実施形態において、電圧を最低値より高く保持し、すなわちワイヤをその融点に、またはその付近に保持するのに十分に高い電流を確保し、かつ、アークが発生しないように、ある電圧レベル未満に保持することが望ましい。例えば、電圧は１〜１６ボルトの範囲内に保持できる。別の例示的実施形態において、電圧は６〜９ボルトの範囲内に保持される。他の例では、電圧は１２〜１６ボルトの間に保持できる。もちろん、所望の動作範囲は、製造作業に使用されるワイヤ１４０によって影響を受ける可能性があり、それによって、ある作業のために使用される範囲（または閾値）は、少なくとも一部に、使用されるワイヤまたは使用されるワイヤの特性に基づいて選択される。このような範囲の利用において、範囲の下限はワイヤを溶融池の中に十分に堆積させることができるような電圧に設定され、範囲の上限はアークの生成が回避されるような電圧に設定される。

前述のように、電圧が所望の閾値電圧を超えると、加熱電流が電源１７０によって切断されて、アークが生成されない。それゆえ、このような実施形態において、電流は所定の、または選択された立ち上がり速度（複数の場合もある）に基づいて、電圧閾値に到達するまで駆動でき、その後、電圧はアーク生成を防止するために切断され、または低減される。

上述の多くの実施形態の中で、電源１７０は上述のように電圧をモニタし、保持すために利用される回路を含む。このようなタイプの回路の構成は、当業者の間で知られている。しかしながら、従来、このような回路は電圧をアーク溶接のために特定の閾値より高い電圧を保持するために利用されている。

前述のように、加熱電流はまた、電源１７０によってモニタし、および／または調整できる。これは、代替案として、電圧、電力、または電圧／アンペア数特性のあるレベルをモニタすることに加えて他に行うことができる。すなわち、電流は、ワイヤ１４０が溶融池内に適正に堆積されるように適切な温度に、しかもアーク形成電流レベルより低い温度に保持されることを確実にする所望のレベルに駆動するか、または保持できる。例えば、このような実施形態において、電圧および／または電流は、確実に何れか一方または両方が指定の範囲内または所望の閾値より低くなるようにモニタされている。すると、電源１７０は、アークは生成されず、所望の動作パラメータは保持されることが確実となるように、供給される電流を調整する。

本発明のさらにまた別の例示的実施形態において、加熱電力（Ｖ×Ｉ）もまた、電源１７０によってモニタし、調整できる。具体的には、このような実施形態において、加熱電力のための電圧と電流がモニタされて、所望のレベルまたは所望の範囲に保持される。それゆえ、電源はワイヤへの電圧または電流を調整するだけでなく、電流と電圧の両方を調整できる。このような実施形態において、ワイヤへの加熱電力は、上限閾値レベルまたは最適な動作範囲に設定でき、それによって電力が閾値レベルより下か、所望の範囲内に保持されることになる（電圧に関する前述の説明と同様）。再び、閾値または範囲の設定は、ワイヤと実行されている製造の特性に基づき、また、少なくとも一部に、選択されたフィラワイヤに基づくことができる。例えば、直径０．０４５’’の軟鋼電極にとって最適な電力設定は、１，９５０〜２，０５０ワットの範囲内であると判断されるかもしれない。電源は、電圧と電流を、電力がこの動作範囲へと駆動されるように調整する。同様に、出力閾値が２，０００ワットに設定された場合、電源は電圧と電流を調整して、電力レベルがこの閾値を超えないが、これに近くなるようにする。

本発明の別の例示的実施形態において、電源１７０は、加熱電圧（ｄｖ／ｄｔ）、電流（ｄｉ／ｄｔ）、および／または電力（ｄｐ／ｄｔ）の変化率をモニタする回路を含む。このような回路はしばしば、予測回路と呼ばれ、その一般的な構成は知られている。このような実施形態において、電圧、電流および／または電力の変化率がモニタされて、変化速度が特定の閾値を超えると、ワイヤ１４０への加熱電流が切断される。

本発明の他の例示的実施桁において、抵抗（ｄｒ／ｄｔ）の変化もまたモニタされる。このような実施形態において、ワイヤ内のコンタクトチップと溶融池との間の抵抗がモニタされる。前述のように、ワイヤは加熱されるとくびれ始め、これはアークを形成する傾向を生じさせる可能性があり、その間に、ワイヤ内の抵抗が次数関数的に増大する。この増大が検出されると、本明細書に記載されているように電源の出力が切断され、アークは生成されない。実施形態は、電圧、電流またはその両方を調整して、確実にワイヤ内の抵抗が所望のレベルに保持されるようにする。

図１２は、加熱電流をワイヤ１４０に供給するために使用可能な例示的システム１２００を示している。（レーザシステムは明瞭にするために示していない点に留意するべきである。）システム１２００は、電源１２１０（これは、図１において１７０として示したものと同様のタイプとすることができる）を有するように示されている。電源１２１０は、既知の溶接／加熱電源構成、例えばインバータ型電源とすることができる。このような電源の設計、動作および構成は既知であるため、これらについては本明細書で詳しく説明しない。電源１２１０は、使用者入力１２２０を含み、これによって使用者はデータを入力でき、これにはワイヤの種類、ワイヤ径、所望の電力レベル、所望ワイヤ温度、電圧および／または電流レベルが含まれるが、これらに限定されない。もちろん、必要に応じてその他の入力バラメータも使用できる。ユーザインタフェース１２２０は、ＣＰＵ／コントローラ１２３０に連結され、これは使用者からの入力データを受け取り、この情報を使ってパワーモジュール１２５０に必要な動作上の設定点または範囲を決める。パワーモジュール１２５０は、既知の何れの種類または構成とすることもでき、これにはインバータまたは変圧器型モジュールを含む。これらの構成要素のうちのいくつか、例えば使用者入力１２２０はコントローラ１９５上にもありうることに留意する。

ＣＰＵ／コントローラ１２３０は、ルックアップテーブルを含む様々な方法で所望の動作パラメータを決定できる。このような実施形態において、ＣＰＵ／コントローラ１２３０は入力データ、例えばワイヤ径およびワイヤの種類を利用して、出力のための所望の電流レベル（ワイヤ１４０を適切に加熱するため）および閾値電圧または電力レベル（または電圧または電力の容認可能な動作範囲）を決定する。これは、ワイヤ１４０を適切な温度まで加熱するのに必要な電流が少なくとも入力パラメータに基づくからである。すなわち、アルミニウムワイヤ１４０は、軟鋼電極より低い融点を有するかもしれず、それゆえ、ワイヤ１４０を溶融させるために必要な電流／電力が少なくて済む。これに加えて、より小径のワイヤ１４０は、より大径のワイヤより必要な電流／電力が小さい。また、製造速度（およびしたがって堆積速度）の増大に伴い、ワイヤを溶融させるのに必要な電流／電力レベルが高くなるかもしれない。

同様に、入力データはＣＰＵ／コントローラ１２３０によって、アークの生成が回避されるように、動作の電圧／電力閾値および／または範囲（例えば、電力、電流、および／または電圧）を決定するために使用される。例えば、直径が０．０４５インチの軟鋼電極の電圧範囲設定は６〜９ボルトとすることができ、パワーモジュール１２５０は電圧を６〜９ボルトに保持するように駆動される。このような実施形態において、電流、電圧、および／または電力は、確実に電流／電力が電極を適切に加熱するのに十分に高くなる最低６ボルトに保持し、電圧を９ボルトまたはそれ未満に保持して、確実にアークが生成されず、ワイヤ１４０の融点を超過しないように駆動される。もちろん、その他の設定点パラメータ、例えば電圧、電流、電力または抵抗率変化もまた、ＣＰＵ／コントローラ１２３０によって所望に応じて設定できる。

図のように、電源１２１０の正の端子１２２１はシステムのコンタクトチップ１６０に連結され、電源の負の端子は加工物Ｗに連結される。それゆえ、加熱電流は正の端子１２２１を通じてワイヤ１４０に供給され、負の端子１２２２を通じて戻る。このような構成は一般に知られている。

フィードバック感知リード１２２３もまた電源１２１０に連結される。このフィードバック感知リードは、電圧をモニタして、検出された電圧を電圧検出回路１２４０に供給することができる。電圧検出回路１２４０は、検出された電圧および／または検出された電圧変化率をＣＰＵ／コントローラ１２３０に通信し、これがモジュール１２５０を相応に制御する。例えば、検出された電圧が所望の動作範囲より低い場合、ＣＰＵ／コントローラ１２３０はモジュール１２５０に、検出された電圧が所望の動作範囲内になるまでその出力（電流、電圧、および／または電力）を増大させるように指示する。同様に、検出された電圧が所望の閾値であるか、またはそれより高い場合、ＣＰＵ／コントローラ１２３０はモジュール１２５０に、チップ１６０への電流の流れを切断し、アークを生成しないように指示する。電圧が下がって所望の閾値より低くなると、ＣＰＵ／コントローラ１２３０はモジュール１２５０に、電流もしくは電圧を、またはその両方を供給して製造工程を継続するように指示する。もちろん、ＣＰＵ／コントローラ１２３０はまた、モジュール１２５０に、所望の電力レベルを保持するか、または供給するように指示することもできる。もちろん、同様の電流検出回路を利用できるが、明瞭にするために図示されていない。このような検出回路は一般に知られている。

検出回路１２４０とＣＰＵ／コントローラ１２３０は、図１に示されているコントローラ１９５と同様の構成と動作を有することができる。本発明の例示的実施形態において、サンプリング／検出レートは少なくとも１０ＫＨｚである。他の例示的実施形態において、検出／サンプリングレートは１００〜２００ＫＨｚの範囲内にある。

図１および１１の各々において、レーザ電源１３０、電源１７０および感知および制御ユニット１９５は、明瞭にするために別々に示されている。しかしながら、本発明の実施形態において、これらの構成要素は単独のシステム内に統合させることができる。本発明の態様では、先に個別に説明された構成要素が別々の物理的ユニットまたは自立型構造として保持される必要はない。

上述のいくつかの例示的実施形態において、システムは、クラディングおよび上述のような溶滴堆積を組み合わせるような方法で使用できる。すなわち、加工物の構成中に、例えば支持基盤の作製中等、高精密の構成を有することが常に必要とはかぎらない。この構成段階中に、ホットワイヤクラディング工程を使用できる。このような工程（およびシステム）は、特許文献１に記載されており、その全文を引用によって本願に援用する。より具体的には、同出願は、それがクラディングまたはその他の種類の肉盛溶接作業の中でホットワイヤシステムを使用した材料の堆積に使用されるシステム、使用方法、制御方法その他を説明しているかぎりにおいて、本願に十分に援用される。その後、その加工物の構成に、より精度の高い堆積方法が望まれるようになったら、コントローラ１９５は上述の溶滴堆積方法に切り換える。コントローラ１９５は、本明細書中で説明されているシステムを制御して、溶滴堆積とクラディング堆積工程を必要に応じて利用して、所望の構成を実現できる。

上述の実施形態は、高速溶滴堆積を行うことができる。例えば、本発明の実施形態は、１０〜２００Ｈｚの範囲内の溶滴堆積を実現できる。もちろん、動作のパラメータによって、別の範囲も実現できる。いくつかの実施形態において、溶滴堆積周波数は、動作のパラメータのいくつかによって、２００Ｈｚより高くすることができる。例えば、大径ワイヤは一般に、２００Ｈｚ未満の堆積周波数を使用し、その一方で、例えば０．０１０〜０．０２０インチの範囲の小径のワイヤは、より速い周波数を実現できる。溶滴堆積周波数に影響を与えるその他の要素には、レーザ出力、加工物の大きさと形状、ワイヤのサイズ、ワイヤの種類、移動速度その他が含まれる。

図１３は、本発明の他の例示的実施形態を示しており、その中では複数の溶着材料を同時に堆積させることができる。図の実施形態では、４つの溶着材料が堆積される。しかしながら、何れの数でも利用できるため、実施形態はこの点において限定されない。このような実施形態において、加工物の構築は、複数の溶着材料を１回のパスで堆積させることができるため加速できる。以下でさらに説明するように、このような構成に対するその他の利点も得られる。

例示的システム１３００に示されているように、コンタクトチップアセンブリ１３０５には、複数のコンタクトチップ１３０３、１３０３’、１３０３’’、１３０３’’’が格納され、その各々が（それぞれ）溶着材料１４０、１４０’、１４０’’、１４０’’’を形成中の加工物に供給する。図の実施形態において、コンタクトチップの各々は相互から電気的に絶縁され、それによって各コンタクトチップは堆積に使用される別々の電流波形を受け取ることができる。例えば、例示的システム１３００の中に示されているように、電源は各コンタクトチップに電気的に連結されて、各溶着材料のための電流波形を別々に供給し、制御する。留意点として、システムコントローラ１９５はこの図には示されていない。しかしながら、システム１３００は、本明細書中で前述したようなコントローラ１９５を含むことができ、これは電源の各々の動作ならびに作業を制御する。図の実施形態において、電源システム１３１０は個別の電源モジュールＰ．Ｓ．＃１からＰ．Ｓ．＃４（１３１１、１３１２、１３１３および１３１４）を有するように示されており、その各々は溶着材料を堆積させるための異なる電流を出力できる。電流の各々は、異なるパラメータその他を有する、本明細書中で説明されている例示的波形と同様とすることができる。さらに、電源１３１１〜１３１４の各々は、図１〜１２に関して本明細書中で説明されている電源と同様に構成し、動作させることができる。いくつかの例示的実施形態において、電源１３１１〜１３１４の各々は、例えば単独の筐体内にある、単独の電源システム１３１０の中の別々の電源モジュールとすることができる。他の例示的実施形態において、電源１３１１〜１３１４の各々は、別々の異なる電源とすることができ、これらを相互に連結して、それらの動作を同期させ、それ以外に制御することができる。

動作中、システム１３００は、１回のパスで複数の層を堆積させることによって、基板Ｓ上に加工物を形成できる。図１３の実施形態の中で、各溶着材料１４０〜１４０’’’は別々の層Ｌ＃１、Ｌ＃２、Ｌ＃３、Ｌ＃４を形成しており、各々の追従する溶着材料が先行する層の上に層を形成する。これは、図のように、チップ１３０３〜１３０３’’’を移動方向に相互に一列に並べることによって実現される。堆積中、先行する溶着材料１４０が基板Ｓの上に堆積して第一の層Ｌ＃１を形成し、追従する溶着材料１４０’が前の層Ｌ＃１の上に堆積して第二の層Ｌ＃２を形成し、以下同様である。層を異なる高さで形成できるようにするために、コンタクトチップアセンブリ１３０５は、コンタクトチップを基板Ｓの表面に関して異なる高さに位置付けることができる。図１３に示されているように、コンタクトチップは、層の積み重ねを可能にするために、互い違いまたは階段状に形成される。他の例示的実施形態において、コンタクトチップをその表面に関して同じ高さとすることができるが、その場合、溶着材料の突出距離を適切に調節して、所望の積層を実現できる。

本発明の例示的実施形態において、（移動方向への）溶着材料間の間隔は、後続の層を前に堆積された層の上に適切に構成できるような間隔とする。例示的実施形態において、間隔は、溶着材料が同じ溶融池内に堆積しないような間隔である。すなわち、追従する溶着材料は先行する溶融池と接触しない。しかしながら、それぞれの溶融池は加工物上で相互に隣接する。すなわち、例示的実施形態において、溶融池は相互に隣接しているか、近く、その一方で、その溶融部分は相互に接触しない。もちろん、溶融池を異なる高さレベルにとすることができ（例えば図１３参照）、溶融池間の堆積物の温度は非常に高いが、溶融部分は相互に接触しない。

図１３には示されていないが、システム１３００もまた、上記の例示的実施形態の中で説明されているようなレーザまたは入熱システムを使用できる。具体的には、システム１３００はレーザを使って溶融池を形成し、および／または溶着材料の溶融を助けることができる。いくつかの例示的実施形態において、個別のビームを各々の別の溶着材料堆積工程に向けて、それぞれの堆積工程の各々について個別に制御できる。個別のビームは、別のレーザ発生装置から生成することができ、または単独のレーザ発生装置から発生させることもできるが、光学部品とレーザスプリッタ等を介して別々のビームに分割される。個別の溶着材料１４０〜１４０’’’の各々の堆積は、前述のように制御できる。あるいは、他の例示的実施形態において、単独のレーザ／熱源を使用でき、これは、堆積工程中に溶着材料間にラスタ式に照射されて、各溶着材料堆積工程のための所望の入熱を提供する。例えば、レーザビームは、各溶着材料１４０〜１４０’’’の堆積物にラスタ式に照射でき、各溶着材料の位置における相互作用時間が、各堆積動作のための所望の入熱量を実現するように制御される。

本発明の例示的実施形態の中で、溶着材料１４０〜１４０’’’の種類、サイズ、および組成は、加工物の所望の特性に基づいて選択される。いくつかの実施形態において、溶着材料１４０〜１４０’’’の各々は同じであり、同じ直径と組成を有する。しかしながら、他の例示的実施形態では、溶着材料は異なる特性を有していてもよい。例えば、溶着材料１４０〜１４０’’’は異なる直径を有していてもよく、これによって層Ｌ＃１〜Ｌ＃４は、異なる径の溶着材料を使用することにより、異なる幅で形成できる。さらに、溶着材料は異なる組成を有して、場所によって異なる物理的／組成的特性を有する加工物の形成を可能にできる。このような実施形態において、製造中の加工物の組成は、「その場で」変更できる。すなわち、第一の材料を使って加工物の特定の部分を形成し（いくつかのコンタクトチップを使用）、その後、停止せずにシステムは所望の通りに異なる、または追加の材料を堆積させることができる。

例えば、本発明の例示的実施形態は、ステンレス鋼と軟鋼の混合物を使って構造物または加工物を製造するために使用できる。さらに、このような構造物は、ニッケル材料を追加して構築できる。もちろん、これらは例にすぎず、本発明の実施形態により、複数の材料の混合物で所望の構造物を構築できる。他の例示的実施形態において、非磁性材料／金属の帯または層を、加工物の測定を含む様々な理由で加工物に追加できる。材料をオーステナイトステンレス鋼に変換するために、異なる材料も使用できる。

溶着材料の特性／種類を変えることに加えて、本発明の実施形態は、溶着材料１４０〜１４０’’’を異なるワイヤ送給速度で供給できる。すなわち、いくつかの実施形態において、溶着材料のすべてのワイヤ送給速度が同じである。しかしながら、他の実施形態においては、ワイヤ送給速度を変化させることが望ましいかもしれない。これは、コントローラ１９５と溶着材料のそれぞれのワイヤ送給システム（明瞭にするために図示せず）を介して行うことができる。それぞれのワイヤ送給速度を変化させることによって、形成中の加工物の物性に影響を与えることができる。例えば、層Ｌ＃１〜Ｌ＃４のうちの少なくとも１つを残りの層より薄くすることが望ましいかもしない。このような実施形態において、より薄い層のそれぞれの溶着材料のワイヤ送給速度を低速にして、より薄い層とすることができる。

さらに、例示的実施形態において、溶着材料１４０〜１４０’’’に異なる電流波形を供給できる。図のシステム１３００において、溶着材料にそれぞれの堆積電流を供給する別々の電源モジュール１３１１〜１３１４がある。いくつかの実施形態では電流の各々を同じにすることができ、他の実施形態では電流波形を違えて、異なる周波数、ピーク電流レベル、その他を持たせることができる。これは、異なるワイヤ送給速度および／または異なる溶着材料を使って適正な堆積を確実に行う場合に当てはまる。

溶着材料１４０〜１４０’’’の何れかの堆積の局面を変えることにより、システム１３００は層Ｌ＃１〜Ｌ＃４の形成を大幅に柔軟にできる。すなわち、例示的実施形態において、溶着材料の種類、組成、直径、ワイヤ送給速度、および堆積電流波形の何れか１つまたは組合せを、他の溶着材料と変えることにより、層または堆積工程の所望の特性を実現できる。それゆえ、本発明の実施形態により、加工物を迅速に構成または構築し、しかも溶着材料の何れかの層の構成または堆積において大きな柔軟性と精度を持たせることができる。すなわち、異なる層が、異なる組成／溶着材料特性の使用に基づいて、異なる厚さ、幅、形状、その他を有することができる。

図１４は、図１３に示されるシステム１３００の別の図を示している。図のように、また前述のように、コンタクトチップ１３０３と１３０３’は、コンタクトチップアセンブリ１３０５に取り付けられ、これがコンタクトチップを所望の通りに向き付け、保持し、移動させる。さらに、前述のように、コンタクトチップは互い違いに、または階段状に保持されて、図のように、上へ上へと層を形成できる。このような実施形態において、それぞれの溶着材料１４０、１４０’の各々の突出部Ｘは略同じ距離に保持される。しかしながら、他の実施形態において、これは同じでなくてもよい。すなわち、それぞれの溶着材料１４０、１４０’の各々に関する突出距離Ｘを変化させて、所望の堆積性能を実現することができる。実際に、いくつかの実施形態において、コンタクトチップ１３０３、１３０３’は、それぞれの先端面が基板Ｓの表面に関して相互に共平面である。このような構成では、追従する溶着材料（例えば１４０’）の突出距離Ｘは、層Ｌ＃１、Ｌ＃２が図のように構成される場合、先行する各溶着材料（例えば１４０）より小さくなるであろう。

さらに、図のように、いくつかの実施形態において、コンタクトチップ１３０３、１３０３’はコンタクトチップアセンブリ１３０５の中で移動可能である。このような実施形態において、ローラ、アクチュエータ、その他のアクチュエータ機構１３２０を使って、コンタクトチップ１３０３、１３０３’をコンタクトチップアセンブリ１３０５から出入りするように移動させることにより、構成中の加工物の所望の突出および／または形状を提供できる。アクチュエータ１３２０はまた、コントローラ１９５（図１４には図示せず）によって、コンタクトチップを堆積工程中に「その場で」移動できるように制御できる。例えば、堆積中、コンタクトチップの相対的高さおよび／または溶着材料の突出距離Ｘを調整して、製造中の加工物の所望の形状を実現できる。この移動は、上述の様々な方法で生じさせることができる。例えば、サーボ、モータ制御ローラ、リニアアクチュエータ等を使って、コンタクトチップを所望により移動させることができる。このような制御は、システム１３００の製造能力の柔軟性を向上させる。

図１３および１４はコンタクトチップアセンブリ１３０５を、溶着材料が移動／堆積方向に一列であるように描かれているが、コンタクトチップアセンブリ１３０５はまた、横方向の構成で位置付けることもでき、するとコンタクトチップは移動方向に垂直な直線状であることに留意する。すなわち、コンタクトチップは横並びにして、幅の広い材料を堆積できる。このような実施形態において、溶着材料は図１３および１４に示されるように上へ上へとではなく、相互に隣接して堆積される。もちろん、他の例示的実施形態において、コンタクトチップアセンブリ１３０５は、コンタクトチップが移動方向に関して斜めに向けられるように向きとすることができる。本発明の実施形態は、この点において限定されない。

図１５は、他の例示的実施形態を示しており、その中ではコンタクトチップアセンブリ１３０５は堆積工程の移動方向に関して回転可能でもある。この上から下に向かう図に示されるように、第一の位置Ａにおいて、溶着材料は図１３および１４に示されように一列に堆積される。コンタクトチップアセンブリ１３０５は移動を続けながら新たな位置Ｂへと回転され、それによって層の堆積が図のように形状を変える。コンタクトチップアセンブリ１３０５は、例えばステップモータ、モータ、または他のあらゆる既知のシステム（例えば、ロボット溶接において移動と回転を制御し／容易にするために使用されるシステム）を使用すること等、何れの既知の装置と方法でも制御し、回転させることができる。コントローラ１９５を使って、コンタクトチップアセンブリ１３０５の基板Ｓに関する回転／移動を制御できる。アセンブリ１３０５を回転可能にすることにより、加工物の形状を必要に応じて作ることができる。例えば、加工物の壁厚を必要に応じて増減できる。さらに、アセンブリ１３０５の回転中に、溶着材料の何れかのワイヤ送給速度、電流波形、突出部および／またはコンタクトチップ位置のうちの何れか１つまたは組合せを調整できる。例えば、図１５に示されるように、位置Ａの前に、溶着材料の１つのみが図のように堆積されて、層Ｌ＃１を形成する。これは、アセンブリ内の先頭の溶着材料とすることができる。アセンブリ１３０５が回転されると、第二の溶着材料１４０’が第二の層Ｌ＃２のために堆積され始め、堆積物Ｌ＃２が第一の層Ｌ＃１に連結され、その上に追加される。これは、望ましくない高さを追加することなく、形成中の加工物の幅だけを増大させるように行うことができる。同様に、アセンブリ１３０５が所望の位置Ｂまで回転されると、後続の溶着材料１４０’’および１４０’’’が同様に、逐次的に堆積され始める。同様に、この運動は、加工物上のレッジまたはオーバハングを形成するために使用でき、オーバハングのための追加の支持は不要である。このような実施形態において、アセンブリ１３０５の回転と溶着材料の何れか１つまたは全部の堆積の調整（前述のとおり）によって、オーバハングを比較的容易に形成できる。例えば、送給速度および／または突出部／コンタクトチップ深さの位置決めを調整することにより、レッジを比較的簡単に作ることができる。

したがって、システム１３００は、本明細書で説明する付加製造工程およびシステムの製造柔軟性を大幅に増大させる。

図１６、１７Ａ〜Ｃおよび１８Ａは、本明細書中に記載されている方法とシステムに使用可能な基板１６００の例示的実施形態を示している。基板１６００は、導電性であり、堆積電流／波形のための電流経路を提供するが、非結合面１６１０も有し、それによって製造工程完了後に基板１６００から加工物を比較時取り外しやすい。

一般に、付加製造において、構成中の加工物は、導電性であって溶着材料加熱電流のための適正な電流経路を提供する基板または表面上に設置される。しかしながら、基板は導電性である（すなわち、金属）であるため、加工物は基板と結合する。すなわち、加工物の初期製造中に、最初に形成される層は堆積工程を通じて基板に付着する。そのため、加工物を基板から取り外し、おそらく基板材料の一部を最終的な加工物から取り外すために、追加の加工ステップが必要となる。これによって、追加の加工が加わるだけでなく、加工物への損傷の危険性が生じる。当業者であればわかるように、加工物と基板との間の結合は一般に、加工物と基板との間の融合がある場合に発生し、それによって基板上の混入領域において加工物からの材料が基板の材料と混合し、これは接合技術と同じである。本発明の実施形態は、この問題に対処する。

図１６は、導電性材料で作製される例示的基板１６００を示しており、これによって電流がそこを通過するが、加工物１１０はそこに結合しないようになる。例えば、いくつかの例示的実施形態において、基板は銅または黒鉛から作製でき、これらは導電性であるが、アルミニウムまたは鋼鉄の加工物と結合しない。他の例示的実施形態において、基板１６００は多数の異なる材料のマトリクスとして作製できる。例えば、基板１６００は、非導電性セラミックまたはクレイ材料のマトリクス材料から作製でき、これはセラミックまたはクレイマトリクス内で分散された導電性（例えば金属）材料を有して、導電経路を作る。図１６に示されるように、非導電性マトリクス１６０３は、その中全体に導電性粒子１６０５が分散されて、電流経路が表面１６１０からアース点１６２５まで作られ、そこに電源からのリード線を接続できる。いくつかの例示的実施形態において、基板１６００は主に、その中に銅粒子１６０５が分散されたセラミックとすることができ、基板の加工物表面から、アースまたは電流ケーブルが固定される基板の他の箇所まで電流を伝送できる銅濃度を提供するのに十分な量の銅を有する。導電性材料１６０５は、銅とすることができ、粉末、粒状、糸状、またはリボン状の何れかとすることができる。しかしながら、導電性材料は、導電経路が基板１６００からアース点１２５まで形成されるように分散させるべきである。アース点１２５は、基板１６００上のどこに位置付けることもできる。いくつかの例示的実施形態において、導電性材料を基板構造１６００全体にわたって均等に分散させる必要はないが、加工物表面１６１０全体に、加工物が基板表面１６１０上に位置付けられるか、またはそこで開始される場所から電流経路を提供するのに十分に分散させるべきであることに留意する。マトリクス材料１６０３は、加工物と結合しない何れの材料または材料の組合せとすることもできる。材料は、非電導性で高い融点を有し、基板上への加工物の形成中にマトリクス１６０３の表面が溶融しないものとすることができる。前述のように、マトリクス材料はクレイ、セラミックのうちの何れの１つでも、またはそれらの組合せでもよい。その他の材料としては、炭素含有率の高い鋳鉄または、基板上で付加工程が実行された時に脆化するその他のあらゆる合金を含むことができる。前述のように、付加工程における混入は（あったとしても）比較的低レベルであるため、基板から構築物への合金の伝播は最小限となる。しかしながら、伝播は、構築物の第一の層が脆化し、その一方で、同時に導電性が保たれるようなものとすることができる。構築物が完成すると、使用者は脆い界面を容易に曲げて、壊し、構築物を基板から分離できる。前述のように、セラミック材料を基板に都用できる。このようなセラミックは高い融点を有するべきであり、例えばＡｌ_２Ｏ_３、またはその他同様のセラミックである。他の例において、軟鋼の構築物のための基板として、アルミニウム材料または合金を使用できる。

別の例示的実施形態において、基板は、基板が構築加工物のための所望の導電性と物理的支持を提供するような濃度の金属粉末から作製できる。このような実施形態において、粉末は、完成後に構築部品から容易に払い落とすことができる。さらに別の例示的実施形態において、基板は、基礎材料中に導電性材料を持っていてもいなくてもよい、セラミック等の非導電性材料の基礎の上に設置される導電層（例えば、銅、カーボン、鉄、その他）からなっていてもよい。基礎材料上の薄い層を使用することによって、基板内への食い込みを最小限にすることができ、それゆえ、基板との結合が確実に生じない。

図１６に示されるように、いくつかの例示的実施形態において、基板１６００は接触領域１６２０を有することができ、その中に導電性材料が存在し、その外側には導電性材料が存在しないか、より少ない程度で存在して、基板１６００が接触領域１６２０の外側では導電性が低いか、非導電性である。このような実施形態において、加工物１１０は表面１６１０上で開始されるか、その上に設置されて、接触領域１６２０と接触して十分な電気的接触が確実に得られるが、これは接触領域１６２０の外側には導電性がほとんど、またはまったくないからである。このような実施形態において、接触領域１６２０の面積は表面１６１０の面積より小さい。さらに、接触領域１６２０は何れの所望の形状にも形成できる。それゆえ、例示的実施形態において、付加製造工程を開始するために、工程は表面１６１０の接触領域１６２０から始めて、加工物のための電流経路が確実に得られるようにする。加工物１１０を構成する際、加工物の一部は、加工物が一体部品で、それゆえ連続する電流経路を有するかぎり、表面１６１０上の、接触領域１６２０の外に形成することもできる。それゆえ、製造工程用の電流経路が常に提供され、加工物１１０を加工物１１０と結合しない導電性表面１６１０上に形成でき、それによって加工物の取り外しと加工が容易になる。

図１７Ａは、他の例示的実施形態を示しており、その中で基板１６００は導電性材料の格子１６３０を有し、それが基板１００の表面１６１０上にグリッド構造を形成する。銅等の導電性材料から作製される格子１６３０は、セラミック、クレイまたはその他の非導電性材料とすることのできる基板１６００の材料の中に埋め込まれる。格子１６３０は、グリッド構造が表面１６１０上に形成されて、形成される予定の加工物１１０の大きさまたは向きに関係なく、加工物が格子１６３０の少なくとも一部と接触して必要な導電経路が提供されるように形成できる。格子１６３０は、基板１６００上に作られる予定の加工物の大きさにとって望ましい間隔を提供するようなメッシュサイズを有することになる。いくつかの実施形態において、格子１６３０は基板１６００を貫通する深さを有することができ、他の実施形態においては、格子１６３０の深さは基板１６００全体にわたるわけではない。さらに、格子構造１６３０は、構造全体が導電性であり、加工物がどこで格子構造１６３０と接触するかを問わず、アース点１６２５まで電気経路ができるように形成される。さらに、例示的実施形態において、格子構造１６３０は、図１６に関して説明したものと同様に、基板１６００上の接触領域においてのみ存在できる。すなわち、表面１６１０で露出する格子構造は、表面１６１０の個別部分（すなわち接触領域）の中にのみあり、格子はアース点１６２５に連結される。このような実施形態において、加工物の一部が接触領域の中にあって格子１６３０の一部と接触するかぎり、電流経路が存在して、加工物の製造が可能である。しかしながら、再び、表面１６１０のほとんどが非導電性で非結合性であるため、加工物の取り外しと加工は既知の基板と比較して容易である。

図１７Ｂは、本明細書において説明されている装置に使用可能な基板１６００の他の例示的実施形態を示している。この実施形態において、基板１６００は、基板１６００の面積全体にわたって分散される複数の個別のアース点１６５１／１６５２／１６５３等を含む。点は、格子パターン等のあるパターンで分散させて、それらのそれぞれの位置がその基板を用いるあらゆるシステムのコントローラからわかるようにすることができる。アース点は導電性材料から作製され、ワイヤ、ピン、その他とすることができ、基板１６００を貫通して、それらの各々を基板１６００の他の表面上で露出させることができる。図１７Ｂに示されている実施形態において、アース点は基板１６００を貫通して、その反対の端が基板１６００の底面上で露出する。他の実施形態において、反対の端は希望により、側面から出すことができる。アース点１６５１、１６５２、１６５３等は、切り換え回路１６６０に電気的に接続され、これもまたシステムと、後述のように回路１６６０内でのアーススイッチの動作を制御するコントローラにも電気的に連結される。アース点の位置がわかっているため、付加工程を、付加工程のための最初のアース経路として機能するアース点のうちの１つ（例えば、点１６５１）で開始できる。工程が始まると、溶融池は、それが次のアース点１６５２に到達するまで表面１６１０に沿って移動できる。切り換え回路１６６０により、コントローラは構築工程のアース点を連続する付加工程に最も近いアース点に切り換えることができる。すなわち、工程のコンタクトチップが移動されると、アース点は作業に最も近いアース経路を提供するように切り換えられることができる。さらに、他の例示的実施形態において、切り換え回路１６６０は、複数のアース点を通じて、複数のアース経路を開き、工程に使用可能な電流の量を増大させることができる。さらに、例示的実施形態において、切り換え回路１６６０は、アース電流経路を異なる位置へと駆動して、堆積工程を制御するために使用できる。例えば、構築工程が基板１６００の縁に接近すると、スイッチ１６６０は基板１６００の中心により近いアース点に切り換わり、堆積工程と溶融池の制御を助けることができる。これはまた、堆積工程中に何れかのアークが形成される場合に、アークの方向の制御を助けるためにも使用できる。

図１７Ｃは、本発明の別の例示的実施形態を示しており、その中で基板１６００は、アース点１６５１、１６５２、１６５３等のすべてを電気的に連結する導体１６７０をさらに含み、導体１６７０は電源に連結されて、堆積電流のためのアース経路が完成する。このような実施形態において、上述の切り換え回路１６６０を使用する必要がない。図の実施形態において、導体１６７０は、基板１６００の表面に取り付けられた導電性プレートまたは層であり、そこにすべてのアース点が連結される。もちろん、導体１６７０は底面上になくてもよく、基板１６００の他の表面上にあってもよい。使用中、構築構造が複数のアース点１６５１等と接触すると、導体１６７０に追加のアース経路が提供されて、これもまた、工程中により多くの電流を使用することを可能にする。上記の実施形態の何れにおいても、堆積工程に使用されるコントローラ／電源は、何れのアース点に関する容認可能な電流レベルも超えないように堆積電流レベルを制御できる。すなわち、構築工程の開始時に、アース点１６５１が１つだけ使用されている場合、電流は、電流レベルが１つのアース点１６５１にとって容認可能なレベルを超えないように制御される。そうすることは、アース点への損傷の原因となる。しかしながら、構築が他のアース点まで進むと、コントローラは電流レベルを上昇させることができ、これは他のアース点と接触するから、すなわち、導体１６７０までのアース経路の数が増えるからである。したがって、このような実施形態において、コントローラにはアース点の各々の位置がわかるため、するとコントローラは、複数のアース点が利用される時に電流を増大させることができる。このような実施形態において、堆積電流は、それぞれのアース点の各々の接触ごとに段階的に増大させることができ、または適当な数のアース点と接触した時に１回で増大させることもできる。例えば、２００アンペアの堆積電流の場合、コントローラは、このような電流レベルには最低４つのアース点が必要であると（保存された情報を使って）判断できる。コントローラ／電源は、第一の、より低い電流レベル（例えば５０アンペア）を、少なくとも４つのアース点が接触するまで利用でき、この時点で堆積電流が最適レベルまで増大される。他の実施形態において、電流は、必要最小限のアース点が接触するまで、新しいアース点が接触するたびに段階的に増大させることができる。例えば、電流は、所望の堆積電流レベルに到達するまで、連続するアース点ごとに５０アンペアずつ増大させることができる。電流増大ステップは、システムのコントローラ内で事前設定／事前プログラムすることができる。

本発明の例示的実施形態において、アース点は、平均径が使用されるワイヤ径のそれより大きい平均径を有するワイヤまたはピンである。例示的実施形態において、アース点は、使用される最大ワイヤ径より少なくとも２０％大きい平均径を有するピンである。いくつかの例示的実施形態において、直径は、最大径のワイヤの直径より２０〜８０％大きい。さらに、図１７Ｃに示されるように、ピンは、加工物との接触をさらに大きくするために、図のように、より大きいヘッド領域を有することができる。すなわち、ピンは、基板の接触面において、より大きいヘッド領域（例えば、釘その他のように）を有することができ、例えば図１７Ｃを参照されたい。ピン１６５１その他が図１７Ｃに示される形状を有するかぎり、より大きなヘッド領域は、上述のピンの平均径を決定する上で考慮されない。

別の例示的実施形態において、アース点１６５１等（例えば、ピン、ワイヤ、ロッド、その他）は、基板１６００の中で取り外し可能かつ交換可能である。例えば、図１７Ｃに示されているように、ピンは単純に基板内の穴の中に嵌り、上述のアース点として機能する。混入を通じてピンは加工物に、その構築時に固定され、完成後に加工物は固定されたピンと共に取り外される。すると、ピン／ロッド、その他は機械加工工程を介して取り外すことができ、次の工程のために基板１６００内で新しいピンを交換できる。取り外し可能ピン１６５１等は、基板上に構築中の加工物および接触プレート１６７０と接触して、適正なアース電流経路を形成できるように十分な長さであるべきである。

図１８Ａは、本発明の他の例示的実施形態を示しており、その中で基板１６００は少なくとも１つの冷却チャネル１６４０を含み、加工物の製造中、または少なくとも加工物の初期製造中に冷媒がその中を通過できる。冷媒は、気体または液体とすることができ、基板を、表面１６１０の何れの部分も溶融しないように、またはそれ以外に加工物に付着しないように、ある温度に保持するために使用される。冷却マニホルド／チャネル１６４０の使用を通じて基板１６００を冷却することによって、基板１６１０を低温に保持でき、表面１６１０上の導電性材料（例えば、格子構造、導電性粒子、その他）のすべてを低温に保持して、表面１６１０上に形成される加工物の何れの層も溶融しないか、またはそれ以外に基板１６１０上の導電性構成要素に結合しないようにすることができる。その他の実施形態は他の冷却方法／工程を使用でき、これも本発明の範囲または主旨から逸脱しない。例えば、受動ヒートパイプを使用できる。

それゆえ、例示的実施形態において、必要な導電性を提供するが、製造後の加工物の取り外しと加工がより容易になるように非結合性表面を提供する基板が提供される。

図１８Ｂは、本明細書中で説明されている例示的な付加製造工程に使用可能なまた別の構造を示している。本明細書中で説明されている付加製造工程は、複雑で繊細な加工物を製造するために使用できる。このような構成要素の容易な製造は、製造工程を水平ではない従来の基板または作業台表面から開始することによって支援される。例えば、加工物を吊り下げ方式で製造することが有利であるもしれない。すなわち、加工物の初期層／堆積物が吊り下げられ、これが、従来の下から上に向かう平坦な表面基板と反対に、基板の底から延びるような加工物のほうが製造しやすいかもしれない。図１８Ｂに示される実施形態は、このような状況で使用可能な例示的なトラス構造１８００を示している。トラス構造１８００は、複数の支持構成要素１８１０および１８２０を有することができ、これらは相互に電気的に接続されて電流を流す。トラス構造１８００は、加工物がその加工物について望ましい、構造物１８００の何れの点からも開始できる。例えば、加工物を上下反対に、または上から下の工程で製造するほうが容易であれば、その部品は、本明細書中で説明されている工程によって、部材１８１０および１８２０の一方のある地点から開始し、下に向かって構築することができる。もちろん、使用されるトラス構造とトーチ／コンタクトチップは、チップをトラス構造１８００内に適正に位置付けることができるように設計するべきである。その後、この部品は、構造１８１０／１８２０から、必要に応じて基板１６００の表面に向かって下方へと構築できる。図のように、トラス構造１８００は、それ自体のアース接点１８２５を有することができ、または単純に全体を導電性とすることができる。さらに、いくつかの例示的実施形態において、トラス構造は接触用突起１８３０を有していてもよく、そこに部品または加工物の開始部分が固定されて、構築作業が始まる。これらの突起１８３０はコンタクトノードとして機能し、そこから加工物の開始部分が開始される。これらの突起は製造工程を開始しやすくすることができ、最終的な部品をトラス構造から分離しやすくすることができ、製造された部品に損傷を与えない。突起１８３０は、構造１８００の部品１８１０／１８２０と一体に作製できる。他の実施形態では、突起１８３０は構造と異なる材料で作製でき、および／またはそこから容易に分離できる。例えば、突起１８３０は、ヘッドまたは突起部分を有するピンまたはその他の固定具型構成要素とすることができ、そこに、製造工程を行うための部品を固定し、そこから開始できる。完成後、ピンをトラス構造から取り外すことができ、それによって製造された部品を取り外しやすくなる。トラス構造１８００は、ある製造工程にとって望ましい何れの形状または構成をとることもできる。

例示的実施形態において、トラス構造１８００は金属構造とすることができ、それによって電流を、前述の実施形態の何れとすることもできる基板１６００に伝達できる。他の例示的実施形態において、トラス構造は、図１６および１７に関して先に概して説明したように、非結合性であるが、導電性の材料で作製できる。何れの場合も、構造１８００は、それが基板１６００またはアース点１８２５の何れかに電流経路を提供して、加熱電流が適正に流れることができるように構成するべきである。

図１９Ａ、１９Ｂおよび１９Ｃは本明細書中で説明されている本発明の実施形態に使用可能な付加製造用溶着材料１９００の例示的実施形態を示している。一般に理解されている点として、大径の中実溶着材料には、この溶着材料を溶融させるのにより多くの電流／エネルギーが必要となる。しかしながら、より小径の溶着材料であれば、溶融に必要な電流／エネルギーがより少なくてよく、それによって、集合的に、１本のより大径の中実のワイヤと同じ断面積を有する複数の小径の溶着材料を溶融させるのに必要な電流／エネルギーの量も少なくてよい。それゆえ、本発明のいくつかの実施形態において使用される溶着材料は、複数のワイヤ１９０３が編み組まれたものから作られる編組溶着材料である。いくつかの実施形態において、ワイヤ１９０３は同じであり、同じ直径と組成を有する。しかしながら、他の例示的実施形態では、ワイヤ１９０３は相互に異なっていてもよい。例えば、いつくかの実施形態において、２つの異なるワイヤの種類を使って編組溶着材料１９００を作ることができる。このような実施形態において、ワイヤは、直径および／または組成に基づいて異なっていてもよい。例えば、中央のワイヤは第一の直径と組成を有することができ、周辺のワイヤ１９０３はどちらも第一の直径と組成とは異なる第二の直径と組成を有する。これによって、特定の製造工程に合わせてカスタム化された特性を有する溶着材料１９００の使用が可能となる。留意するべき点として、本明細書中で説明された、中実またはコア入り溶着材料を堆積させるための方法とシステムは、図１９Ａに示されるような編組溶着材料を堆積させるために使用できる。

さらに、図１９Ａに示される実施形態において、中央のワイヤ１９０３’は、編組でないワイヤであり、ワイヤ１９０３の外周は中央のワイヤ１９０３’の周囲に編み組まれる。編組は、溶着材料１９００の長さに沿って概して螺旋状のパターンで作ることができる。

いくつかの例示的実施形態において、溶着材料１９００の編組は、ある種類の溶着材料の相対的なワイヤ送給速度を上げるために使用できる。例えば、図１９Ａに示されるように、中央の溶着材料１９０３は第一の種類／素材のものとすることができ、周囲のワイヤ１９０３は、異なる種類／素材のものとすることができる。周囲の（外側の）ワイヤの長さは中央のワイヤより長いため、ある長さの溶着材料１９００について、それぞれのワイヤの種類の各々の有効堆積速度は異なる。異なるワイヤの種類の有効な相対的堆積速度は、また、あるバンドル内のワイヤの種類の相対的な数によっても影響を受ける可能性がある。それゆえ、本発明の実施形態は堆積の性質の柔軟性を高めることができる。

図１９Ｂおよび１９Ｃは、本発明の実施形態に使用可能な溶着材料の他の例示的実施形態を示している。しかしながら、図１９Ａの溶着材料１９００とは異なり、図１９Ｂおよび１９Ｃの溶着材料１９００は溶着材料のコアに空隙１９１０を有し、コア１９１０は複数の編組ワイヤ１９０３によって取り囲まれる。この中空の溶着材料構成によって、堆積中に溶着材料１９００を圧縮して「成形」し、堆積工程をカスタム化できるようにすることが可能となる。これについては、後でより詳しく説明する。

溶着材料１９００の外側を形成するワイヤ１９０３の編組は、既知のワイヤ編組方法と同様に、概して螺旋状パターンで行われるが、空隙１９１０が溶着材料１９００のコアに保持される。図１９Ａと同様に、ワイヤ１９０３はいくつかの実施形態において、同じ直径と組成を有することができ、他の実施形態において、ワイヤ１９０３は異なる特性を有することができる。この例が図１９Ｃに示されており、その中では、編組が、第一の直径と組成を有する第一の種類のワイヤ１９０３と、第二の直径と組成を有する第二の種類のワイヤ１９０５を含む。もちろん、いくつかの実施形態において、ワイヤ１９０３／１９０５の直径は異なっていても、組成を同じにすることができる。図１９Ｃに示されているように、異なるワイヤ１９０３／１９０５が溶着材料１９００の断面の周囲を交互に覆う。別の例示的実施形態において、ワイヤ１９０３／１９０５は、異なる融点を有することができ、これらよって必要に応じて堆積形状と層形成をカスタム化できる。

空隙１９１０は、溶着材料１９００’が堆積工程中に比較的安定したままであるような寸法にするべきである。空隙が大きすぎると、溶着材料は不安定となり、堆積工程中、その完全性を保たない。例示的実施形態において、空隙１９１０の直径は溶着材料１９００’の有効径の５〜４０％の範囲内にある。「空隙１９１０の直径」とは、図１９Ｃにおいて破線の円で示されるように、空隙１９１０の中にフィットする最大の円形の断面の直径である。溶着材料１９００’の「有効径」は、溶着材料１９００’を構成するワイヤ１９０３／１９０５の全部の合計の断面積と同じ断面積を有する円の直径である。

前述のように、中央の空隙１９１０を有する溶着材料１９００は、堆積工程中に、溶着材料の堆積特性を変化させることが可能であるような形状とすることができる。これは図２０Ａおよび２０Ｂの中に概して示されており、その中で、溶着材料１９００は溶着材料の移動方向に関して、体積の所望の幅を実現できるような方向に圧縮されている。本明細書中で説明されているように、本発明の工程とシステムは、付加製造を通じて複雑な形状を作るために使用できる。それゆえ、厚さその他が変化する加工物と形状を作ることができる。図１９Ｂおよび１９Ｃに示される溶着材料１９００によれば、空隙によって、これらの複雑な形状と異なる厚さを容易に作ることができる。図２０Ａにおいて、溶着材料は移動方向に垂直な方向に圧縮されて、溶着材料１９００は移動方向に関して狭くなっている。こうすることによって、結果として得られる堆積物は、溶着材料の当初の直径より狭くなる。同様に、図２０Ｂは、同じ溶着材料１９００が移動方向に沿った方向に圧縮されていることを示しており、これによって溶着材料１９００は移動方向に関して幅広となる。それゆえ、このような圧縮により、必要に応じてより広く堆積を行うことができる。前述のように、空隙１９１０は、溶着材料１９００の変形によってその非圧縮状態と比較してその相対的な幅を変えることができるような大きさ／直径であるべきである。

いくつかの例示的実施形態において、空隙１９１０には、堆積に必要な所望の性質のフラックスまたは粉末を充填できる。これは、ワイヤにしにくい、またはワイヤの溶融を通じて移動可能な所望の材料を構築物へと供給するのを助けることができる。例えば、耐摩耗パウダをフラックスとして追加できる。

図２０Ｃは、本発明の実施形態に使用可能なコンタクトチップアセンブリ２０００と溶着材料供給システムおよび方法の他の例示的実施形態を示している。この実施形態においては、少なくとも２つの溶着材料２０１０および２０２０がコンタクトチップアセンブリ２０００とコンタクトチップ２０４０へと向けられ、コンタクトチップ２０４０は穴２０３０を有し、両方の溶着材料がそこを通過できる。上述の実施形態と異なり、溶着材料２０１０および２０２０は編み組まれていない。これらは、同じ溶着材料供給源（スプール、リール、その他）から供給することも、または別々の供給源から供給することもできる。さらに、これらは同じ寸法と組成を有する同じ溶着材料とすることも、またはある製造作業にとって望ましいように違えることもできる。別の例示的実施形態において、溶着材料２０１０および２０２０は、異なる速度で送給でき、いくつかの実施形態において、送給速度は堆積工程中、「その場で」変更可能である。このような実施形態は、堆積工程中に構築物に合わせて合金をカスタム化できるようにする。例えば、工程の第一の部分において、溶着材料２０１０および２０２０を同じ速度で送給するが、構築工程の別の段階では、溶着材料２０１０の速度を必要に応じて増減させることにより、所望の堆積性質を持たせる。

さらに、２つの溶着材料が示されているが、他の実施形態では必要に応じて３つまたはそれ以上を使用することができる。図の実施形態において、溶着材料２０１０および２０２０は、穴２０３０（これは、楕円形または、溶着材料を収容できる他の何れの形状とすることもできる）に供給され、その後、既知の溶着材料供給システムを使って加工物へと向けられる。堆積中、コンタクトチップ２０４０は、溶着材料が所望の堆積物の輪郭を提供するような向きとされる。さらに、コンタクトチップ２０４０は（上述の実施形態と同様に）回転可能であり、溶着材料を設計通りの向きにして、堆積工程の形状または輪郭を所望の通りに変更できる。例えば、図のように、左側の向きは一列の向きを示しており、これは加工物上に狭い堆積物を提供するが、溶着材料が移動方向に一列であるため、高さはより高い。すると、必要に応じて、コンタクトチップ２０４０を右側に示される位置に回転させることができる。回転は、コントローラ１９５とモータ、その他によって実行でき、堆積方向の変更中に使用可能であり、トーチの向きを変える必要がない。右側の位置は、移動方向に堆積物の幅を増大させることが望ましい時に使用できる。また、いくつかの実施形態において、両方の溶着材料２０１０および２０２０を同時に送給しなくてもよいかもしれないことに留意する。このような実施形態において、溶着材料２０１０および２０２０は、別々のワイヤフィーダ（図示せず）によって送給され、コントローラ１９５が溶着材料のうちのどれが送給されているか、またはこれらが同時に送給されるか否かを制御できる。このような実施形態において、送給されていない溶着材料は穴２０３０から抜き取る必要がなく、それゆえ、送給されている溶着材料の位置を保持するために使用できる。このような実施形態において、溶着材料の送給は、コントローラ１９５によって制御でき、これは、工程中のある瞬間に、必要に応じて溶着材料の何れか一方または両方を送給する。

さらに、図２０Ｃに示されている実施形態において、溶着材料２０１０および２０２０の各々は、これらが１つの穴２０３０を通じて方向付けられるため、同じ電流を共有している。このような実施形態において、電流は単独の電源から供給でき、電流は各溶着材料により共有される。しかしながら、図２０Ｄは、異なる例示的実施形態を示している。図２０Ｄに示される実施形態において、コンタクトチップアセンブリ２０００は、電気的に絶縁された２つのコンタクトチップ部分２０１５および２０２５を含む。チップ部分２０１５および２０２５は、それぞれ溶着材料２０１０および２０２０を供給する。しかしながら、アセンブリ２０００は切り換え装置または機構２０５０を含み、これはチップ部分２０１５および２０２５を相互に電気的に連結して、これらが電流を共有するようにでき、またはチップ部分を相互に電気的に絶縁できる。ある例示的実施形態において、チップ部分２０１５および２０２５の各々は、別々の電源（ＰＳ＃１およびＰＳ＃２）に連結される。スイッチ２０５０が開位置にあるとき、それぞれの電源は各々、それぞれの溶着材料に別の異なる加熱電流を供給できる。このような実施形態において、溶着材料は異なる速度で堆積させることも、またはサイズと組成を違えることもできる。これは、複数の溶着材料を使って上述と同様の実施形態として制御し、使用できる。しかしながら、この実施形態において、必要に応じて、コントローラ１９５はスイッチを閉じることができ、この時、コンタクトチップ部分２０１５および２０２５は電気的に連結され、電源Ｐ．Ｓ．＃１またはＰ．Ｓ．＃２の一方からの単独の電流信号を共有できる。このような実施形態においては、電力使用量を減少させ、および／または信号同期の必要性をなくすために、ある作業のために単独の電源を動作させるだけでよくすることができる。このような実施形態において、スイッチ２０５０を閉じることができ、それによって今度はチップ部分２０１５および２０２５の各々を相互に連結でき、溶着材料２０１０および２０２０が単独の供給源からの同じ信号を共有する。スイッチ２０５０が開くと、チップ部分は（誘電材料またその他適当な手段を通じて）相互に電気的に絶縁され、両方の溶着材料を堆積させる予定の場合、これらは別々の電源から別々の信号を受け取る。あるいは、堆積作業中のある時点で、単独の溶着材料を堆積させればよいかもしれない。それゆえ、１つの電源だけが動作するが、スイッチ２０５０は安全のために開いて他方の溶着材料を絶縁する。切り換え機構２０５０は、チップ部分２０１５および２０２５を絶縁および接続できる何れのスイッチ構造とすることもでき、また、チップアセンブリ２０００に統合しても、または希望によりアセンブリ２０００から離してもよい。

ここで、図２１Ａおよび２１Ｂを参照すると、図１９Ｂの溶着材料１９００を使用する代表的なコンタクトアチップセンブリ１９５０の概略図が示されている。図２１Ａおよび２１Ｂは、コンタクトチップアセンブリ１９５０の出口部分を見た図を示しており、図２１Ａは、圧縮されていない状態の溶着材料を示し、図２１Ｂは圧縮された状態の溶着材料１９００を示す。留意するべき点として、コンタクトチップアセンブリ１９５０に関する以下の説明は例示のためであり、当業者であれば、付加製造工程中に所望の堆積を実現するように所望により溶着材料１９００を成形するために、他の構成と設計も使用できることがわかるであろう。

図のように、コンタクトチップアセンブリ１９５０は溶着材料用開口部１９５１を有し、その中を溶着材料が通過する。開口部１９５１は正方形として示されているが、本発明の実施形態はこの点において限定されず、溶着材料１９００がその圧縮された状態と圧縮されていない状態のどちらでも通過できるかぎり、他の形状も使用できる。図の実施形態において、アセンブリ１９５０は２対のコンタクトプランジャ１９５３および１９５５を有する。プランジャは図のように開口部１９５１に関して移動可能であり、それによってこれらは開口部の中へと延び、それゆえ、圧縮力を溶着材料１９００に加えることができる。コンタクトプランジャ１９５３および１９５５は、１対のプランジャ１９５３が他の組のプランジャ１９５５の移動方向に対して垂直な方向に移動可能であるような向きとされる。それゆえ、図２１Ｂに示されているように、プランジャ１９５３／１９５５は、所望の形状を実現するために望ましい方向に溶着材料１９００を圧縮できる。プランジャの各組は、既知のアクチュエータ装置１９５６、例えばリニアアクチュエータその他を通じて移動させることができ、コントローラ１９５（これらの図には示さず）により制御できる。さらに、プランジャ１９５３／１９５５の各々は、溶着材料１９００に加熱電流波形を供給するように構成され、それによって加熱電流がプランジャを介して溶着材料１９００に供給される。１つのアクチュエータ１９５６とバイアス１９５７が図に示されているが、例示的実施形態はプランジャの各々について同様の構成要素を有するであろうことに留意する。

図２１Ａに示されるように、圧縮されていない状態では、プランジャ１９５３／１９５５の各々は、溶着材料１９００と接触して加熱電流を供給する。プランジャ１９５３／１９５５は、開口部１９５１に関して、溶着材料１９００が確実にその自然な状態に保持されるような位置に保持される。すると、堆積中、（例えばコントローラによって）所望の堆積構成を実現するために溶着材料の幅を変更するべきである、すなわち必要に応じて溶着材料をより広く、またはより狭くするべきであると判断される。この情報に基づき、コントローラ１９５は、プランジャ１９５５を（アクチュエータ１９５６を介して）作動させ、図２１Ｂに示されているように内側に移動して溶着材料１９００を圧縮する。これに加えて、溶着材料１９００の形状の変化に対応できるように、プランジャ１９５３を引き戻し、溶着材料の形状を変更できるようにする。しかしながら、例示的実施形態において、引き戻されたプランジャ１９５３はまだ溶着材料１９００と接触しており、溶着材料１９００を適正な位置に保持し、加熱電流を供給する。

堆積工程中、溶着材料１９００の形状は、プランジャを移動させることによって「その場で」変更し、所望の形状を実現できる。例えば、コントローラ１９５は、堆積中にプランジャ１９５３／１９５５を制御して、必要に応じて後退および伸展させ、溶着材料１９００の形状を広い堆積から狭い堆積へと、またその逆へと、堆積工程を止めずに変更できる。

前述のように、プランジャ１９５３／１９５５の移動／作動は、既知の何れのアクチュエータによっても実現でき、移動装置が所望の運動を起こさせる。いくつかの例示的実施形態において、プランジャの各対の（ここでは図示されない）各プランジャは、相互に機械的に連結して、その相対的な運動が相互に一貫した状態に保持されるようにすることができる。このような実施形態においては、各プランジャのために別々のアクチュエータを有するのではなく、単独のアクチュエータをそれぞれの対の各々について使用でき、機械的連結によってプランジャの各々が適切に移動する。

さらに、前述のように、コントローラ１９５は構成するべき所望の形状に基づいてプランジャの作動を制御できる。別の例示的実施形態において、アセンブリ１９５０は堆積作業中に所望により回転させて、所望の形状を実現できる。すなわち、アセンブリ１９５０は回転モータおよび／またはロボットアーム（またはその他同様の運動装置）に連結でき、コントローラ１９５（またはその他のシステムコントローラ）は、アセンブリを必要に応じて回転させ、プランジャのうちの何れかを作動させて所望の溶着材料、およびそれゆえ堆積物、形状を実現できる。

図２２は、本発明の例示的実施形態に使用可能な溶着材料２０００の他の例示的実施形態を示している。溶着材料２０００は、前述のものと同様の空間２０１０を有するワイヤ２００３の編組構造を含むが、外被２０１５も含む。外被２０１５は、溶接またはろう着用の溶着材料に使用される既知の外被構造と同様に構成、形成できる。図のように、この実施形態において、外被２０１５はワイヤ２００３を完全に取り囲み、継ぎ目２０１７を有し、これはバットシームである。外被２０１５は、加工物の上に堆積させたい何れの材料で作製することもできる。いくつかの実施形態において、外被２０１５はワイヤ２００３と同じ材料とすることができ、他の実施形態では、外被は異なる材料で作製する／異なる組成を有することが可能である。外被２０１５はまた、溶着材料２０００が、図２１Ａおよび２１Ｂのコンタクトチップアセンブリの中のプランジャによって変形された後にその形状を保持するのも助けることができる。具体的には、穴１９５１を通るワイヤを圧縮することにより、外被２０１５は可塑変形し、それゆえ、溶着材料２０００は所望の形状をより保ちやすくなる。これにより、堆積工程中に溶着材料２０００の突出部分を大きくすることができる。

図２３は、本発明の実施形態に使用可能な他の例示的溶着材料２１００を示している。溶着材料２１００は、外被２１１０とコア２１２０を含み、その中で外被２１１０の融点はコア２１２０より低い。このような異なる融点を有することによって、溶着材料２１００の実施形態は、構成要素の製造をよりよく制御できる。溶着材料が全体に概して同じ温度で溶融する実施形態において、形成される溶融池のダイナミクスは堆積および構築工程において重要な役割を果たす。特定の例において、溶融池の制御は、特に高精密製造工程中、または構成中の加工物の厚さが非常に薄い場合に困難でありうる。このような用途では、溶融池のダイナミクスは、制御と説明が難しい場合がある。しかしながら、溶着材料２１００を使用する場合、外被２１１０がコア２１２０より前に溶ける。すると、溶融した外被の材料は溶融マトリクスを提供して、コア材料を加工物に接着させる。このような用途では溶融池の重要性が減少し、場合によっては、溶融池を排除できる。さらに、代替的実施形態において、溶融池の大きさおよび／または深さを減少させることができ、これは溶融池と溶融した外被材料が協働してコア材料を加工物に付着させるからである。それゆえ、溶着材料２１００を使用した場合、溶融池のダイナミクスの重要性をより低くすることができる。

例示的実施形態において、コア２１２０は中実のコアとすることができ、他の実施形態では、コア２１２０は所望の材料の粉末または粒子とすることができる。このような実施形態において、溶着材料２１００は（前述のように）所望の堆積を実現するような形状とすることができる。すなわち、コア２１２０は粉末または粒状とすることができるため、溶着材料２１００の外側を成形、圧縮して、所望の溶着材料輪郭を実現できる。他の実施形態では、溶着材料は少なくとも図２２に示されているように構成でき、その中では外被が複数の個別のワイヤを取り囲み、また、ワイヤ２００３のうちの少なくともいくつか（または全部）の融点は外被２０１５より高い。実際には、このような実施形態のいくつかにおいて、ワイヤ２００３は相互に関して異なる融点を有することができる。例えば、第一の数のワイヤ２００３は、第一の融点（外被の融点より高い）を有することができ、第二の数のワイヤ２００３が、第一の数のワイヤ２００３の融点より高いか低い融点を有することができる。このような実施形態は、溶着材料の溶融および構築輪郭における柔軟性を向上できる。さらに、いくつかの実施形態において、熱源（例えばレーザ）および／または電流は、コア２１２０の少なくともいくつかが堆積工程中に溶融するように制御される。しかしながら、他の実施形態においては、コア２１２０の材料は堆積工程中に溶融しない。すなわち、外被２１１０が溶融し、液状の外被材料が、溶融していないコア材料を加工物に固定するために使用される。このような実施形態において、加工物は、溶融した外被材料とコア材料とが交互になる層状に形成される。図２３は溶着材料２１００が円形の断面を有するように描いているが、本発明の実施形態はこの点において限定されないことに留意する。溶着材料２１００はまた、希望に応じて加工物の構成に有利な何れの望ましい形状を有することもできる。例えば、溶着材料２１００は正方形、長方形、多角形、または長円形の断面を有することができる。もちろん、その他の形状も使用できる。

例示的実施形態において、外被２１１０とコア２１２０の材料は、外被２１１０が、コア材料のそれより５〜４５％低い温度で溶融するように選択される。別の例示的実施形態において、外被２１１０の融点はコア材料のそれより１０〜３５％低い。もちろん、外被とコアの各々の材料の正確な組成は、構築中の加工物の所望の組成と構成に基づいて選択されることになる。

図２４Ａは他の例示的実施形態を示しており、その中で溶着材料２２００は非円形の断面を有し、外被材料２２１０は溶着材料２２００の全周に沿っては延びていない。すなわち、溶着材料２２００は非対称の断面を有する。例えば、図の実施形態において、外被材料２２１０は溶着材料のコア材料２２２０の片側にのみある。図２４Ｂは、他のこのような例示的実施形態を示しており、その中で溶着材料の全体形状が六角形であり、外被材料２２１０’はコア２２２０’の六角形の断面の５辺のみを被覆する。もちろん、溶着材料の所望の性能と堆積特性に基づいて、他の形状や被覆範囲を使用できる。図２４Ｃは他の例示的実施形態であり、これは対称の断面を有するが、外被材料２２１０’とコア材料２２２０’’の分布が対称でない溶着材料２２００’’を示している。この構成によって、溶着材料を一般的な対称の溶着材料のために設計されたコンタクトチップと機器と共に使用できるが、溶着材料そのものは非対称である。このような実施形態において、外被材料２２１０は溶融して、溶着材料のコア部分２２２０のための接着手段を提供するが、溶着材料全周からは溶融しない。このような実施形態において、溶着材料は堆積工程中、接着前に所望の向きにすることができる。外被材料は接着材料として機能し、これがコア材料を加工物に接着させ、または結合する。さらに、このような実施形態において、電流入力／入熱は、外被材料の所望の溶融が、コア材料を完全に溶融させずに実現できるように制御される。

図２４Ｄは、本発明の実施形態に使用可能な溶着材料２２００’’の別の例示的実施形態である。溶着材料２２００’’は上述のものと同様であるが、例外は、外被層２２１０’’が層状の構造である点である。このような実施形態において、外被層２２１０’’は、中実材料でも、フラックスでもよい。実際には、上述の実施形態の何れにおいても、外被層はフラックスとすることができる。これらの実施形態において、幾つかの用途では、堆積工程中に溶融するべきではない（または溶融が最小化される）材料をフラックス外被の中に入れることが望ましいかもしれない。これを実現するために、いくつかの実施形態では、層状の外被／フラックス２２１０’’’が使用され、その中で、コア２２２０’’’の表面Ｓに対するフラックスの組成は、フラックスの外縁におけるフラックスの性質とは異なる。これは図２４Ｄにおいて、層ＡおよびＢとして示されており、層Ａは第一の組成を有し、層Ｂは第二の組成を有する。これらの層の形成には、既知の堆積方法を使用でき、その説明は本明細書においては不要である。このタイプの構成により、層Ｂの材料を、そうでなければ層Ｂの中の成分を溶融させるコア２２２０’’’の直接的な熱から外すことができる。例えば、溶融池内にタングステンカーバイドを堆積させることが望ましいかもしれず、これは、これらがコア２２２０’’’と直接接触した時に溶融しやすい可能性がある。この実施形態において、層Ａは遮熱手段として機能し、層Ｂの材料をほとんど、またはまったく溶融せずに堆積させることが可能となる。もちろん、理解するべき点として、２つの層ＡおよびＢとの間の境界は明瞭で精密な線である必要はなく、１つの構成要素から他の構成要素への移行部とすることができる。さらに、層Ｂの、層Ａに関する形状と相対的な断面積は、その用途に望ましい構成に基づいて決定できる。図２４Ｄはある例示的実施形態として示されており、これ以外の形状と構成も使用でき、それも本発明の主旨または範囲から逸脱しない。

コンピュータに連結されたユーザインタフェースは、本明細書中で説明されたシステムと方法を支持するように構成された１つの考えうるハードウェア構成を示しており、これにはコントローラ１９５または、本明細書中で説明されたシステムを制御し、および／または動作させるために使用される同様のシステムが含まれる。本発明の各種の態様に関するさらに説明するために、以下の記述は、本発明の各種の態様を実行できる適当なコンピューティング環境の簡単な一般的説明を提供するものである。当業者であればわかるように、本発明を他のプログラムモジュールと組み合わせても、および／またはハードウェアとソフトウェアの組合せとしても実施できる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、コンポーネント、データ構造、その他を含む。

さらに、当業者であればわかるように、本発明の方法は、シングルプロセッサまたはマルチプロセッサコンピュータシステム、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、およびパーソナルコンピュータ、ハンドヘルドコンピューティングデバイス、マイクロプロセッサベースまたはプログラム可能民生用電子機器、およびその他を含み、それらの各々が１つまたは複数の関連する機器に動作的に連結されていてもよい他のコンピュータシステム構成で実施されてもよい。説明されている本発明の態様はまた、特定のタスクが通信ネットワークを通じて連結されたリモート処理デバイスによって実行される、分散型コンピューティング環境で実施されてもよい。分散型コンピューティング環境では、プログラムモジュールがローカルおよびリモートの両方のメモリ記憶装置内にあってもよい。

コントローラ１９５は、コンピュータを含む、本発明の各種の態様を実装するための例示的環境を利用でき、その中で、コンピュータは処理ユニット、システムメモリ、およびシステムバスを含む。システムバスは、システムメモリを含むがこれに限定されないシステムコンポーネントを処理ユニットに連結する。処理ユニットは、各種の市販のプロセッサの何れであってもよい。デュアルマイクロプロセッサおよびその他のマルチプロセッサアーキテクチャもまた、処理ユニットとして利用できる。

システムバスは、メモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、市販の各種のバスアーキテクチャのうちの何れかを使用するローカルバスを含むいくつかの種類のバス構造の何れとすることもできる。システムメモリとしては、Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）とＲａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）を含むことができる。起動時等にコンピュータ内の要素間の情報伝送を支援する基本ルーチンを含むＢａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ（ＢＩＯＳ）はＲＯＭ内に保存される。

コントローラ１９５は、ハードディスクドライブと、例えばリムーバブルディスクからの読取りまたはそこへの書込みを行うための磁気ディスクと、例えばＣＤ−ＲＯＭディスクを読み取るため、または他の光学媒体から読み取り、またはそこに書き込むための光ディスクドライブをさらに含むことができる。コントローラ１９５は、少なくともある形態のコンピュータ読取可能媒体を含むことができる。コンピュータ読取可能媒体は、コンピュータがアクセスできる何れの入手可能な媒体とすることもできる。例えば、コンピュータ読取可能媒体は、コンピュータ記憶媒体と通信媒体を含んでいてもよいが、これらに限定されない。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ読取可能命令、データ構造、プログラムモジュールまたはその他のデータといった情報を保存するための何れかの方法または技術で実装される揮発性および不揮発性、取り外し可能および取り外し不能媒体を含む。コンピュータ記憶媒体には、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたはその他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ（ＤＶＤ）、またはその他の磁気記憶装置、または所望の情報を保存し、コントローラ１９５に連結されたユーザインタフェースよってアクセス可能な他のあらゆる媒体が含まれるが、これらに限定されない。

通信媒体は一般に、コンピュータ読取可能命令、データ構造、プログラムモジュールまたはその他のデータを搬送波またはその他の搬送機構等の変調データ信号で具現化し、ある情報搬送媒体を含む。「変調データ信号」という用語は、その特徴群の１つまたは複数を有するか、情報を信号内で符号化するような方法で変更された信号を意味する。例えば、ただしこれらに限定されないが、通信媒体は、有線媒体、例えば有線ネットワークまたは直線有線接続と、無線媒体、例えば音響、ＲＦ、赤外線およびその他の無線媒体を含む。上記のあらゆるものの組合せもまた、コンピュータ読取可能媒体の範囲内に含めるべきである。

多数のプログラムモジュールがドライブとＲＡＭの中に保存されてもよく、これにはオペレーティングシステム、１つまたは複数のアプリケーションプログラム、その他のプログラムモジュール、およびプログラムデータが含まれる。コンピュータまたはユーザインタフェー３００の中のオペレーティングシステムは、各種の市販のオペレーティングシステムの何れとすることもできる。

これに加えて、使用者はコマンドと情報を、キーボードや、マウス等のポインティングデバイスを通じてコンピュータに入力してもよい。その他の入力デバイスには、マイクロフォン、ＩＲリモートコントローラ、トラックボール、ペン入力デバイス、ジョイスティック、ゲームパッド、デジタイジングタブレット、衛星テレビ受信用アンテナ、スキャナ、またはその他が含まれていてもよい。これらおよびその他の入力デバイスはしばしば、システムバスに連結されるシリアルポートインタフェースを通じて処理ユニットに接続されるが、例えばパラレルポート、ゲームポート、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ（「ＵＳＢ」）、ＩＲインタフェース、および／または各種の無線技術等、他のインタフェースによって接続されてもよい。モニタまたはその他の種類の表示装置もまた、ビデオアダプタ等のインタフェースを介してシステムバスに接続されてもよい。映像出力もまた、Ｒｅｍｏｔｅ Ｄｅｓｋｔｏｐ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ、ＶＮＣ、Ｘ−Ｗｉｎｄｏｗ Ｓｙｓｔｅｍその他のリモートディスプレイネットワークプロトコルを通じて実現されてもよい。映像出力のほかに、コンピュータは一般に、その他の周辺出力デバイス、例えばスピーカ、プリンタ、その他を含む。

ディスプイはコントローラ１９５に連結されたユーザインタフェースと共に利用されて、処理ユニットから電子的に受け取ったデータを表示できる。例えば、ディススプレイは、電子的にデータを表示するＬＣＤ、プラズマ、ＣＲＴ、その他のモニタとすることができる。その代わりに、またはそれに加えて、ディスプレイはプリンタ、ファクシミリ、プロッタ等、受け取ったデータをハードコピーフォーマットで表示できる。ディスプレイは、データを何れの色でも表示でき、何れの無線またはハードワイヤプロトコルおよび／または規格によってもデータをユーザインタフェースから受け取ることができる。

コンピュータは、リモートコンピュータ等、１つまたは複数のリモートコンピュータとの論理的または物理的接続を使用するネットワーク環境で動作できる。リモートコンピュータは、ワークステーション、サーバコンピュータ、ルータ、パーソナルコンピュータ、マイクロプロセッサベースのエンターテインメント機器、ピアデバイスまたはその他の共通ネットワークノードとすることができ、一般にコンピュータに関して説明される要素の多くまたは全部を含む。図の論理的接続は、Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＬＡＮ）とＷｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＷＡＮ）を含む。このようなネットワーク環境はオフィス、企業内コンピュータネットワーク、イントラネット、およびインターネットにおいては一般的である。

ＬＡＮネットワーク環境で使用される場合、コンピュータはネットワインタフェーまたはアダプタを通じてローカルネットワークに接続される。ＷＡＮネットワーキング環境で使用される場合、コンピュータは一般にモデムを含むか、またはＬＡＮ上の通信サーバに接続されるか、またはインターネット等、ＷＡＮ上での通信を確立するためのその他の手段を有する。ネットワーク環境では、コンピュータに関して記されたプログラムモジュール、またはその一部が、リモートメモリ記憶装置に保存されてもよい。当然のことながら、本明細書中で説明されているネットワーク接続は、例示のためであり、コンピュータ間の通信リンクを確立するための他の何れの手段が使用されてもよい。

本発明を特定の実施形態に関して説明したが、当業者であればわかるように、本発明の範囲から逸脱することなく、各種の変更を加えてもよく、また、均等物に置き換えてもよい。それに加えて、本発明の教示に特定の状況または材料を適応させるために、その範囲から逸脱することなく、多くの改良を加えてもよい。したがって、本発明は開示されている特定の実施形態に限定されるのではなく、本発明は付属の特許請求の範囲に当てはまる全ての実施形態を含むことが意図される。

１００ エネルギー源システム
１１０ レーザビーム
１１５ 加工物
１２０ レーザ装置
１３０ レーザ電源
１４０ フィラワイヤ
１５０ フィラワイヤフィーダ
１６０ コンタクトチューブ
１７０ 電源
１９５ 電流コントローラ
７００ 加熱システム
７０７ コンタクトチップアセンブリ
７１０ スイッチ
８００ 製造電流波形
９００ コンタクトチップアセンブリ
９１０ コンタクトチップ
１０００ システム
１０１０ コンタクトチップアセンブリ
１２００ システム
１２１０ 電源
１２３０ ＣＰＵ／コントローラ
１２４０ 電圧検出回路
１２５０ パワーモジュール
１３００ システム
１３０５ コンタクトチップアセンブリ
１６００ 基板
１６１０ 基板表面
１９００ 溶着材料
２０００ コンタクトチップアセンブリ、溶着材料
２０１０ 溶着材料
２０２０ 溶着材料
２０４０ コンタクトチップ
２０５０ スイッチ
２１００ 溶着材料

Claims (23)

1. 加工物の表面に高エネルギー放電を照射して、前記加工物の表面上に溶融池を形成する高エネルギー装置と、
   加熱信号を溶着材料ワイヤに供給する電源であって、前記加熱信号が複数の電流パルスを含み、前記電流パルスの各々が前記溶着材料の先端に溶融滴を形成し、これが前記溶融池の中に堆積されるような電源と、
   を含む付加製造システムにおいて、
   前記電流パルスの各々は、前記溶着材料の前記先端が前記溶融池と接触した後にピーク電流レベルに到達し、
   前記加熱信号は、前記複数の電流パルス間で電流を持たず、
   前記溶着材料の前記先端は、前記電流パルスの連続するピーク電流レベル間で前記溶融池と接触せず、
   前記電源は前記加熱電流を制御して、前記電流パルス中に前記ワイヤと前記加工物との間にアークが生成されないようにし、
   前記溶着材料は外被部分とコア部分の各々を有し、前記外被部分の融点は前記コア部分の融点より低いことを特徴とする付加製造システム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記コア部分は中実コアであることを特徴とするシステム。
3. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記コア部分は複数のワイヤを含み、前記複数のワイヤの少なくともいくつかの融点は前記外被のそれより高いことを特徴とするシステム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記コアは複数の個別ワイヤを含み、第一の数の前記ワイヤの融点は前記外被の前記融点より高く、第二の数の前記ワイヤの融点は前記外被より低いことを特徴とするシステム。
5. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記コアはフラックスを含むことを特徴とするシステム。
6. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記コアの前記融点は、前記溶着材料の堆積中に前記コアの少なくとも一部が溶融しないような融点であることを特徴とするシステム。
7. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記シースの前記融点は、前記コアの前記融点より５〜４５％低いことを特徴とするシステム。
8. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記シースの前記融点は、前記コアの前記融点より１０〜３５％低いことを特徴とするシステム。
9. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記溶着材料は円形の断面を有しないことを特徴とするシステム。
10. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記外被は前記コアの全周にわたっては延びていないことを特徴とするシステム。
11. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記溶着材料は非対称であることを特徴とするシステム。
12. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記外被はフラックスを含むことを特徴とするシステム。
13. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記外被は少なくとも第一の層と第二の層を有し、前記第一の層は前記コアに直接隣接し、前記第一の層は前記第二の層とは異なる性質を有することを特徴とするシステム。
14. 請求項１３に記載のシステムにおいて、前記第二の層はタングステンカーバイドを含むことを特徴とするシステム。
15. 外被部分と、
    前記外被部分により少なくとも部分的に被覆されるコア部分と、
    を含む付加製造用溶着材料において、
    前記外被部分の融点は前記コア部分の融点より低いことを特徴とする付加製造用溶着材料。
16. 請求項１５に記載の溶着材料において、前記外被部分と前記コア部分の一方はフラックスを含むことを特徴とする溶着材料。
17. 請求項１５に記載の溶着材料において、前記溶着材料は非対称であることを特徴とする溶着材料。
18. 請求項１５に記載の溶着材料において、前記外被部分は前記コア部分の全周にわたっては延びていないことを特徴とする溶着材料。
19. 請求項１５に記載の溶着材料において、前記外被部分の前記融点は前記コア部分の前記融点より５〜４５％低いことを特徴とする溶着材料。
20. 請求項１５に記載の溶着材料において、前記外被部分の前記融点は前記コア部分の前記融点より１０〜３５％低いことを特徴とする溶着材料。
21. 請求項１５に記載の溶着材料において、前記コア部分は複数のワイヤを含み、前記複数のワイヤの少なくともいくつかの融点は前記外被部分のそれより高いことを特徴とする溶着材料。
22. 請求項１５に記載の溶着材料において、前記外被部分は少なくとも第一の層と第二の層を有し、前記第一の層は前記第二の層に直接隣接し、前記第一の層は前記第二の層とは異なる性質を有することを特徴とする溶着材料。
23. 請求項２２に記載の溶着材料において、前記第二の層はタングステンカーバイドを含むことを特徴とする溶着材料。

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